特開 2024-176721 電動車

(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】P2024176721

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】電動車

(51)【国際特許分類】

   B60L 3/00 20190101AFI20241212BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20241212BHJP

   H02P 6/16 20160101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

B60L3/00 H

B60L15/20 J

H02P6/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023095485

(22)【出願日】2023-06-09

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 販売日 令和５年１月１０日 販売した場所 発明の新規性の喪失の例外の規定の適用を受けるための証明書の別紙１記載の販売店 公開者 トヨタ自動車株式会社 販売日 令和５年３月１５日 販売した場所 発明の新規性の喪失の例外の規定の適用を受けるための証明書の別紙２記載の販売店 公開者 トヨタ自動車株式会社 販売日 令和５年３月３０日 販売した場所 発明の新規性の喪失の例外の規定の適用を受けるための証明書の別紙３記載の販売店 公開者 トヨタ自動車株式会社

(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】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古橋 雄介

(72)【発明者】

【氏名】鉾井 耕司

【テーマコード（参考）】

5H125

5H560

【Ｆターム（参考）】

5H125AA01

5H125AC12

5H125BA00

5H125CA01

5H125DD15

5H125EE07

5H125EE58

5H560AA08

5H560BB04

5H560BB12

5H560DA00

5H560DC12

5H560EB01

5H560JJ15

5H560SS02

5H560UA06

5H560XA02

5H560XA13

(57)【要約】

【課題】回転位置センサの原点学習を適切に行なえなくなるのを抑制する。
【解決手段】走行用のモータと、モータの回転位置を検出する回転位置センサと、回転位置センサにより検出される回転位置に基づいてモータを制御すると共に車両の旋回時にはロール角の変化に対するピッチ角の変化の遅れを抑制するようにモータを制御する旋回時制御を実行する制御装置と、を備える電動車において、制御装置は、回転位置センサの原点学習の実行時には、旋回時制御の実行を禁止する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行用のモータと、前記モータの回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサにより検出される前記回転位置に基づいて前記モータを制御すると共に車両の旋回時にはロール角の変化に対するピッチ角の変化の遅れを抑制するように前記モータを制御する旋回時制御を実行する制御装置と、を備える電動車であって、
前記制御装置は、前記回転位置センサの原点学習の実行時には、前記旋回時制御の実行を禁止する、
電動車。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動車に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、左右の駆動輪に動力を付与する原動機を備える車両において、操舵角が中心位置からずれる転舵時に、車両のヨーレートを目標ヨーレートに制御するための駆動力の補正量を原動機に対する駆動力の指令値に重畳し、重畳後の指令値に基づいて原動機を制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１３３８１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

走行用のモータと、モータの回転位置を検出する回転位置センサとを備える電動車において、回転位置センサの原点学習時に、旋回時にロールの変化に対するピッチの変化の遅れを抑制するようにモータを制御する旋回時制御を実行すると、旋回時制御の影響が回転位置センサの原点学習に干渉し、原点学習を適切に行なえない可能性がある。

【0005】

本開示の電動車は、回転位置センサの原点学習を適切に行なえなくなるのを抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の電動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本開示の電動車は、
走行用のモータと、前記モータの回転位置を検出する回転位置センサと、前記回転位置センサにより検出される前記回転位置に基づいて前記モータを制御すると共に車両の旋回時にはロール角の変化に対するピッチ角の変化の遅れを抑制するように前記モータを制御する旋回時制御を実行する制御装置と、を備える電動車であって、
前記制御装置は、前記回転位置センサの原点学習の実行時には、前記旋回時制御の実行を禁止する、
ことを要旨とする。

【0008】

本開示の電動車では、回転位置センサの原点学習の実行時には、旋回時制御の実行を禁止する。これにより、旋回時制御の影響が原点学習に干渉するのを抑制することができる。この結果、回転位置センサの原点学習を適切に行なえなくなるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本実施形態の電気自動車２０の概略構成図である。

【図2】回転位置センサ３２ａにオフセット誤差が含まれていない場合と含まれている場合とのｄ軸、ｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑを示す説明図である。

【図3】ＥＣＵ５０により実行される処理ルーチン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】

【0010】

本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の電気自動車２０の概略構成図である。図示するように、本実施形態の電気自動車２０は、モータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５０とを備える。

【0011】

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

【0012】

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共にバッテリ３６と共に電力ライン３８に接続されている。インバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６にそれぞれ並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６とを備える。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。トランジスタＴ１１～Ｔ１６の対となるトランジスタの接続点の各々は、モータ３２の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）コイルの各々に接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

【0013】

バッテリ３６は、例えば定格電圧が数百Ｖ程度のリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、インバータ３４と共に電力ライン３８に接続されている。

【0014】

ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを備えており、マイクロコンピュータは、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有する。ＥＣＵ５０は、各種センサからの信号を入力ポートを介して入力している。例えば、ＥＣＵ５０は、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置センサ（例えば、レゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２のＶ相、Ｗ相の電流を検出する電流センサ３２ｖ，３２ｗからの相電流Ｉｖ，Ｉｗを入力している。バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ｖからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｉからの電流Ｉｂも入力している。スタートスイッチ６０からのスタート信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトセンサ６２からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル６３の踏込量を検出するアクセルセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル６５の踏込量を検出するブレーキセンサ６６からのブレーキペダルポジション、車速センサ６７からの車速Ｖも入力している。ヨーレートセンサ６８からのヨーレートωｙやロールレートセンサ６９からのロールレートωｒ、ピッチレートセンサ７０からのピッチレートωｐも入力している。

【0015】

ＥＣＵ５０は、各種制御信号を出力ポートを介して出力している。例えば、ＥＣＵ５０は、インバータ３４の複数のスイッチング素子への制御信号を出力している。ＥＣＵ５０は、回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づく制御用回転位置θｍｃに基づいてモータ３２や回転数Ｎｍを演算している。制御用回転位置θｍｃは、回転位置θｍと後述の原点学習により得られるオフセット量Δθｏｓとの和として演算される。ＥＣＵ５０は、ヨーレートセンサ６８からのヨーレートωｙに基づいてヨー角θｙを演算したり、ロールレートセンサ６９からのロールレートωｒに基づいてロール角θｒを演算したり、ピッチレートセンサ７０からのピッチレートωｐに基づいてピッチ角θｐを演算したりしている。

【0016】

こうして構成された本実施形態の電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて走行に要求される（駆動軸２６に要求される）要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

【0017】

インバータ３４は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により制御される。ＰＷＭ制御では、最初に、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄｑ軸座標系におけるｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。続いて、モータ３２の各相の相電流の総和が値０であるとして、モータ３２の制御用回転位置θｍｃに基づく制御用電気角θｅを用いてＶ相、Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）する。そして、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分ΔＩｄ，ΔＩｑを演算し、演算した差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づいてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。ｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊は、具体的には、差分ΔＩｄ，ΔＩｑに基づくフィードバック項と、各軸相互に干渉する項をキャンセルするためのフィードフォワード項（後述する式（１）、（２）の右辺第２項）と、の和として演算される。こうしてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算すると、モータ３２の制御用電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相－３相変換）する。そして、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波（三角波）電圧との比較によりトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を用いてトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

【0018】

ここで、モータ３２の制御用回転位置θｍｃとして、回転位置センサ３２ａにより検出される回転位置θｍをそのまま用いる（オフセット量Δθｏｓが０である）場合を考える。モータ３２の回転子の永久磁石により発生する磁束の方向をｄ軸とし、ｄ軸と直交する軸をｑ軸とすると、モータ３２の電圧方程式は、式（１）、（２）により示すことができる。式（１）、（２）中、「Ｖｄ」、「Ｖｑ」はｄ軸、ｑ軸の電圧を示し、「Ｒｍ」は一相当たりの抵抗値を示し、「Ｉｄ」、「Ｉｑ」はｄ軸、ｑ軸の電流を示し、「ωｍ」は回転子の角速度を示し、「φｄ」、「φｑ」はｄ軸、ｑ軸の磁束を示す。

【0019】

Vd＝Rm・Id－ωm・φq (1)
Vq＝Rm・Iq＋ωm・φd (2)

【0020】

回転位置センサ３２ａにより検出されるモータ３２の回転位置θｍと実際の回転位置との間に位相差Δθ（オフセット誤差）がない場合、永久磁石が発生させる磁束φｍの方向とｄ軸とが一致する（図２（ａ）参照）。このため、ｄ軸、ｑ軸の磁束φｄ，φｑは、式（３）、（４）により示すことができる。式（３）、（４）中、「Ｌｄ」，「Ｌｑ」はｄ軸、ｑ軸のインダクタンスを示す。このとき、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを値０とすると、式（３）、（４）から、ｄ軸、ｑ軸の磁束φｄ，φｑは、それぞれφｍ，０となる。そして、これらを式（１）、（２）にそれぞれ代入すると、ｄ軸、ｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑはそれぞれ式（５）、（６）によって示され、ｄ軸の電圧Ｖｄが値０となる。

【0021】

φd＝Ld・Id+φm (3)
φq＝Lq・Iq (4)
Vd＝0 (5)
Vq＝ωm・φm (6)

【0022】

一方、回転位置センサ３２ａにより検出されるモータ３２の回転位置θｍと実際の回転位置との間に位相差Δθ（オフセット誤差）がある場合、永久磁石が発生させる磁束φｍの方向とｄ軸との間で位相差Δθのズレが生じる（図２（ｂ）参照）。このため、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを値０とすると、ｄ軸、ｑ軸の電圧Ｖｄ，Ｖｑは式（７）、（８）によって示され、モータ３２が回転していると（角速度ωｍが値０でない場合）、ｄ軸の電圧Ｖｄが値０とならない。

【0023】

Vd＝ωm・φm・sinΔθ (7)
Vq＝ωm・φm・cosΔθ (8)

【0024】

このように、回転位置センサ３２ａにより検出される回転位置θｍにオフセット誤差がない場合、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを値０としたときに、ｄ軸の電圧Ｖｄが値０となる。一方、回転位置センサ３２ａにより検出される回転位置θｍにオフセット誤差がある場合、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを値０としても、モータ３２が回転していると、ｄ軸の電圧Ｖｄが値０とならない。上述したように、回転位置センサ３２ａにより検出される回転位置θｍは、電気角θｅに変換され、座標変換（３相－２相変換、２相－３相変換）に用いられる。このため、回転位置θｍにオフセット誤差がある場合にそのオフセット誤差を打ち消すためのオフセット補正を行なわないと、座標変換を適切に行なうことができずに、モータ３２からトルク指令Ｔｍ＊に見合うトルクを出力することが困難になる。これを踏まえて、回転位置センサ３２ａやＥＣＵ５０の組付後や交換後などにおいて回転位置センサ３２ａの原点学習（オフセット量Δθｏｓの学習）を完了していないときには、モータ３２の回転中でトルク指令Ｔｍ＊が値０のときに、ｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを値０とし、この状態でｄ軸の電圧Ｖｄが値０となるように回転位置センサ３２ａにより検出される回転位置θｍをオフセットし、ｄ軸電圧Ｖｄが値０となったときの回転位置θｍのオフセット量Δθｏｓを学習する原点学習を実行する。こうして原点学習を完了すると、回転位置θｍとオフセット量Δθｏｓとの和を制御用回転位置θｍｃとする。

【0025】

また、電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、車両の旋回時には、基本的に、旋回時制御を行なう。旋回時制御では、ＥＣＵ５０は、ロール角θｒの変化に対するピッチ角θｐの変化の遅れが抑制されるように上述のトルク指令Ｔｍ＊を補正し、補正後のトルク指令Ｔｍ＊を用いてインバータ３４の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。これにより、旋回時における運転者の乗り心地の向上を図っている。

【0026】

次に、本実施形態の電気自動車２０の動作について説明する。図３は、ＥＣＵ５０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、回転位置センサ３２ａの原点学習の実行時であるか否かを判定し（ステップＳ１００）、回転位置センサ３２ａの原点学習の実行時で内と判定したときには、そのまま本ルーチンを終了する。

【0027】

ステップＳ１００で回転位置センサ３２ａの原点学習の実行時であると判定したときには、上述の旋回時制御の実行を禁止して（ステップＳ１１０）、本ルーチンを終了する。この場合、車両の旋回時でも、旋回時制御を実行しない。これにより、旋回時制御の影響（トルク指令Ｔｍ＊の補正の影響）が回転位置センサ３２ａの原点学習に干渉するのを抑制することができる。この結果、回転位置センサ３２ａの原点学習を適切に行なえなくなるのを抑制することができる。

【0028】

以上説明した本実施形態の電気自動車２０では、回転位置センサ３２ａの原点学習の実行時には、旋回時制御の実行を禁止する。これにより、旋回時制御の影響（トルク指令Ｔｍ＊の補正の影響）が回転位置センサ３２ａの原点学習に干渉するのを抑制することができる。この結果、回転位置センサ３２ａの原点学習を適切に行なえなくなるのを抑制することができる。

【0029】

上述した実施形態では、電気自動車２０は、蓄電装置としてバッテリ３６を備えるものとした。しかし、蓄電装置としてキャパシタなどを備えるものとしてもよい。

【0030】

上述した実施形態では、走行用のモータ３２とインバータ３４とを備える電気自動車２０の形態とした。しかし、走行用のモータとインバータとに加えてエンジンを備えるハイブリッド車の形態としたり、走行用のモータとインバータとに加えて燃料電池を備える燃料電池車の形態としたりしてもよい。

【0031】

実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施形態では、モータ３２が「モータ」に相当し、回転位置センサ３２ａが「回転位置センサ」に相当し、ＥＣＵ５０が「制御装置」に相当する。

【0032】

なお、実施形態の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施形態が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施形態は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0033】

以上、本開示を実施するための実施形態について説明したが、本開示はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0034】

本開示は、電動車の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0035】

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置センサ、３２ｖ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ｉ 電流センサ、３６ｖ 電圧センサ、３８ 電力ライン、５０ ＥＣＵ、６０ スタートスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキセンサ、６７ 車速センサ、６８ ヨーレートセンサ、６９ ロールレートセンサ、７０ ピッチレートセンサ、Ｄ１１～Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６ トランジスタ。

【図1】

【図2】

【図3】