载货汽车及搭载于载货汽车的行驶用驱动马达的控制方法与流程

本公开涉及马达驱动的载货汽车。

背景技术：

本申请主张基于2017年6月28日申请的申请号2017-125997的日本专利申请的优先权，通过参照将其公开的全部内容引入本申请。

jp2009-303283a公开了对在三相交流马达流动的相电流进行测定并实施反馈控制、运算电压指令的情况。马达的驱动使用逆变器(inverter)。逆变器根据来自pwm转换器的脉宽调制控制信号来对多个开关元件进行开关，将直流电力形成为三相交流电力并施加于马达。多个开关元件分别与马达的旋转同步地使电流流动或截断电流。

通常，若在马达流动有电流，则马达旋转，因而在多个开关元件的任一个持续流动有电流的情况不会产生。其中，即便在马达流动有电流，若扭矩不足，则马达也不旋转。在该情况下，在多个开关元件中的任一个持续流动有电流。开关元件若持续流动有电流则温度上升。开关元件若温度过高则发生故障。

为了不发生上述故障，通常对开关元件的温度进行测定，并在测定值超过阈值的情况下，强制性地使在马达流动的电流值为零。若强制性地使电流值为零，则扭矩变为零。因此，优选尽量避免这样的强制性的控制。

为了避免上述强制性的控制，考虑对开关元件的温度进行测定，并以测定值不超过阈值的方式进行反馈控制。但是，这种控制的响应速度存在极限。除此之外，开关元件是较小的部件，因而热容量较小。因此，有时在反馈控制动作之前，开关元件的温度超过阈值。

为了使上述反馈控制正常动作，在发生扭矩不足的情况下，优选能够对在多大值的扭矩下产生不足进行推断。例如，在马达被搭载用作汽车的行驶的情况下，在越过较大的阶梯差的情况下或坡道起步的情况下可能发生扭矩不足。上述现象受车重的影响。因此，若为车重的变动较小的乘用车等，则将车重的值视为固定值，并在反馈控制中使用，从而能够使开关元件的温度不超过阈值。

与此相对，在载货汽车的情况下，与乘用车相比，车重的变化幅度极其大。因此，无法将车重视为固定值。因此，若对车重进行测定或推断，则能够实现上述反馈控制。然而，这样的测定、推断较为费时，需要复杂的运算，因而优选避免这样的测定、推断。

技术实现要素：

本公开鉴于上述情况，意欲以马达驱动的载货汽车为对象、通过简易的手法避免开关元件的过热。

本公开的一个方式是载货汽车，其具备：行驶用驱动马达；逆变器，其具备用于使交流流动至上述驱动马达的多个开关元件；加速踏板，其用于对流动至上述驱动马达的电流值进行控制；以及控制装置，其根据上述加速踏板的踩踏量与上述驱动马达的转速来对流动至上述逆变器的电流值进行控制，在上述驱动马达的转速为零的情况下，上述控制装置将流动至上述驱动马达的电流值控制为限制值以下，该限制值是指预先决定的最大值与规定比例、亦即50％以上且不足100％的任意值相乘的值。根据该方式，在驱动马达的转速为零的情况下，将流动至逆变器的电流值控制为限制值以下，因而避免开关元件的过热。该方式的实现不需要车重的值，因而能够简易地实现。

本公开的其他方式是载货汽车，其具备：行驶用驱动马达；逆变器，其具备用于使交流流动至上述驱动马达的多个开关元件；加速踏板，其用于对流动至上述驱动马达的电流值进行控制；以及控制装置，其根据上述加速踏板的踩踏量与上述驱动马达的转速来对流动至上述逆变器的电流值进行控制，当上述踩踏量为100％的情况下，上述控制装置在上述转速为小于零的第一转速时以及上述转速为大于零的第二转速时，将上述电流值控制为预先决定的最大值，并在上述转速为零时，将上述电流值控制为限制值，该限制值是指上述最大值与规定比例、亦即50％以上且不足100％的任意值相乘的值。根据该方式，在踩踏量为100％的情况下，当驱动马达的转速为零时，与转速不为零时相比，将流动至逆变器的电流值控制为限制值，因而避免开关元件的过热。该方式的实现不需要车重的值，因而能够简易地实现。

在上述方式的基础上，可以构成为上述控制装置在上述开关元件的温度为第一温度的情况下，将上述规定比例设定为第一值，在上述开关元件的温度为比上述第一温度低的第二温度的情况下，将上述规定比例设定为比上述第一值大的第二值。根据该方式，能够避免开关元件的过热，并采用与开关元件的温度对应的限制值。

在上述方式的基础上，可以构成为当上述转速为零的情况下，上述控制装置在上述踩踏量为规定量以上时，使上述电流值与上述限制值一致。根据该方式，能够通过简易的手法将电流值限制为限制值以下。

本公开的其他方式是载货汽车，其具备：行驶用驱动马达；逆变器，其具备用于使交流流动至上述驱动马达的多个开关元件；加速踏板，其用于对流动至上述逆变器的电流值进行控制；以及控制装置，其根据上述加速踏板的踩踏量与上述驱动马达的转速对流动至上述驱动马达的电流值进行控制，当上述转速为零的情况下，上述控制装置在上述踩踏量为第一量时，将上述电流值控制为第一值，在上述踩踏量为比上述第一量大的第二量时以及为比上述第二量大的第三量时，将上述电流值控制为比上述第一值大的第二值。根据该方式，即便踩踏量从第二量的状态增大至第三量，电流值也不发生变化，因而能够避免开关元件的过热。该方式的实现不需要车重的值，因而能够简易地实现。

附图说明

图1是表示载货汽车的图。

图2是动力单元的方框结构图。

图3是表示马达用逆变器的内部结构的一部分的图。

图4是表示扭矩与转速的关系的曲线图。

图5是表示电流值与加速踏板的踩踏量的关系的曲线图。

图6是表示固定相的开关元件的温度的时间变化的曲线图。

图7是表示扭矩的相加值与固定相的开关元件的温度的关系的曲线图。

图8是表示扭矩的有效率与固定相的开关元件的温度的关系的曲线图。

具体实施方式

对实施方式1进行说明。图1表示载货汽车10。载货汽车10牵引挂车19。载货汽车10具备两个动力单元(powerunit)20、传动轴25以及操作系统900。像后述那样，动力单元20具有实施借助燃料电池的发电的功能。

操作系统900是供驾驶员操作以驾驶车辆的设备的总称。操作系统900包括加速踏板910、制动踏板920以及转向车轮(未图示)等。两个动力单元20分别向操作系统900供给电力。由两个动力单元20产生的扭矩经由1根传动轴25传递至4个后轮rw。

图2是动力单元20的方框结构图。动力单元20具备燃料电池模块50与电气系统60。燃料电池模块50具备燃料电池组100、氢罐105、燃料电池用转换器110以及辅助类设备140。电气系统60具备二次电池120、二次电池用转换器130、马达用逆变器150、控制装置160、驱动马达220以及解析器230。

氢罐105对用于向燃料电池组100供给的氢进行储藏。燃料电池组100与燃料电池用转换器110电连接。燃料电池用转换器110进行将燃料电池组100的输出电压升压至目标电压的升压动作。燃料电池用转换器110经由高压直流配线dch与马达用逆变器150电连接。

二次电池120是钛酸锂二次电池。二次电池120经由低压直流配线dcl与二次电池用转换器130电连接。二次电池120具有将多个电池串联层叠的构造。

二次电池用转换器130经由高压直流配线dch与燃料电池用转换器110和马达用逆变器150电连接。二次电池用转换器130对马达用逆变器150的输入电压亦即高压直流配线dch的电压进行调整，对二次电池120的充放电进行控制。

在来自燃料电池用转换器110的输出电力相对于目标输出电力不足的情况下，二次电池用转换器130实现借助二次电池120的供电。在本实施方式中，将来自燃料电池用转换器110的输出电力相对于目标输出电力不足的情况称为过渡状态。

在驱动马达220产生再生电力的情况下，二次电池用转换器130对该再生电力进行转换并输出至低压直流配线dcl侧。

二次电池用转换器130能够对燃料电池组100的输出电力进行转换并输出至低压直流配线dcl侧。利用该转换后的电力，在能够从燃料电池用转换器110输出的电力超过目标输出电力的情况下，控制装置160能够实施使二次电池120的soc上升的控制。

辅助类设备140是在燃料电池组100的运转中使用的辅助类设备的总称。辅助类设备140包括空气压缩机、氢循环泵以及水泵等。辅助类设备140与低压直流配线dcl或高压直流配线dch电连接。

马达用逆变器150将经由高压直流配线dch以直流供给的电力转换为三相交流的电力。马达用逆变器150与驱动马达220电连接，将三相交流电力供给至驱动马达220。马达用逆变器150将在驱动马达220产生的再生电力转换为直流电力并输出至高压直流配线dch。

解析器230对驱动马达220所包括的转子的旋转角进行检测，并将检测结果输入至控制装置160。

控制装置160由多个ecu构成。控制装置160对包括上述内容在内的动力单元20的各部分的动作进行控制。例如，控制装置160通过对燃料电池用转换器110以及二次电池用转换器130进行控制来对流动至马达用逆变器150的电流值进行控制。流动至马达用逆变器150的电流值的控制被执行以便对在驱动马达220流动的电流值进行控制，甚至对驱动马达220所产生的扭矩进行控制。

图3表示马达用逆变器150的内部结构的一部分。马达用逆变器150由u相臂152、v相臂154以及w相臂156构成。u相臂152、v相臂154以及w相臂156并联连接。

u相臂152具有开关元件q3、开关元件q4、二极管元件d3以及二极管元件d4。开关元件q3以及开关元件q4串联连接。在开关元件q3的集电极与发射极之间连接有二极管元件d3，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。在开关元件q4的集电极与发射极之间连接有二极管元件d4，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。

v相臂154具有开关元件q5、开关元件q6、二极管元件d5以及二极管元件d6。开关元件q5以及开关元件q6串联连接。在开关元件q5的集电极与发射极之间连接有二极管元件d5，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。在开关元件q6的集电极与发射极之间连接二极管元件d6，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。

w相臂156具有开关元件q7、开关元件q8、二极管元件d7以及二极管元件d8。开关元件q7以及开关元件q8串联连接。在开关元件q7的集电极与发射极之间连接有二极管元件d7，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。在开关元件q8的集电极与发射极之间连接有二极管元件d8，使得电流从发射极侧向集电极侧流动。

本实施方式中的开关元件q3～q8使用igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)。在开关元件q3～q8分别连接有用于切换通/断的驱动电路t3～t8。

开关元件q3与开关元件q4的中间点跟驱动马达220的u相线圈的一端连接。开关元件q5与开关元件q6的中间点跟驱动马达220的v相线圈的一端连接。开关元件q7与开关元件q8的中间点跟驱动马达220的w相线圈的一端连接。u相线圈的另一端、v相线圈的另一端以及w相线圈的另一端与驱动马达220内的中间点连接。

电流传感器157设置于连结v相臂154与v相线圈的配线。电流传感器159设置于连结w相臂156与w相线圈的配线。电流传感器157以及电流传感器159对流动至驱动马达220的电流进行测定，并将其向控制装置160输出。

温度传感器151对开关元件q3～q8各自的温度进行测量。具体而言，温度传感器151是6个热敏二极管。6个热敏二极管在开关元件q3～q8各内置有一个。为了方便，图3将温度传感器151表示为一个功能模块。温度传感器151的测量值输入至控制装置160。

如图3所示，设置有冷却装置290。冷却装置290利用冷却水的循环对开关元件q3～q8进行冷却。

图4是表示针对每个加速踏板910的踩踏量来确定的扭矩与转速的关系的曲线图。以下，若简称为踩踏量，则是指加速踏板910的踩踏量。在本实施方式中，若简称为扭矩，则是指驱动马达220所产生的扭矩。在本实施方式中，若简称为转速，则是指驱动马达220的转速。控制装置160将该关系存储为图像。控制装置160根据该关系经由马达用逆变器150对驱动马达220进行控制。

图4摘录表示转速为零附近。实际上，针对更大的转速也确定扭矩与转速的关系。如图4所示，即便在转速为负值的情况下，也确定转速与扭矩的关系。转速为负值的情况下的关系并不应用于驻车时等进行的倒退行驶，而应用于坡道起步时后退的状况等。即便转速为负值，若扭矩的值为正，则扭矩便产生使载货汽车10前进的方向的推进力。

图4按照10％间隔表示踩踏量。实际上，按照比10％间隔更小的间隔确定。如图4所示，在踩踏量为40％～100％的情况下，若转速从第一转速r1(＜0rpm)起增大并向零接近，则以规定转速边界，扭矩急剧变小。若转速从零增大，则扭矩急剧变大。以规定转速为界，即便转速增大，扭矩也不变化，达到第二转速r2。

这样，在踩踏量为40％～100％的情况下，扭矩在转速为零处取得极小值。此外，在本实施方式中，将扭矩确定为在转速为零处取得极小值是踩踏量为规定量p2(例如33％)以上的情况。此外，规定量p2如图5所示。

在踩踏量为规定量p2以上的情况下，当转速为零时，无论踩踏量如何，均产生相同的值的扭矩。该相同的值与上述极小值一致。该极小值在图4中表示为扭矩trqth。

在本实施方式中，图4所示的扭矩trqmax是设计为驱动马达220的最高扭矩的值。在踩踏量为100％的情况下，扭矩trqmax在转速为规定范围时输出。规定范围的转速是转速大致为-200rpm以上1000rpm以下的范围。但是，如上所述，不包括零附近的转速。第一转速r1为大于-200rpm、小于零的值。第二转速r2为大于零小于1000rpm的值。

驱动马达220所产生的扭矩的值与流动至驱动马达220的电流值大致成比例。因此，在将图4所示的扭矩值转换为流动至驱动马达220的电流值的情况下，成为大致相同的波形。

流动至驱动马达220的电流是由马达用逆变器150从直流转换的交流。流动至驱动马达220的电流值是指有效值。流动至马达用逆变器150的直流的电流值与流动至驱动马达220的电流值存在正相关关系。进一步说，流动至马达用逆变器150的直流的电流值与流动至驱动马达220的电流值大致处于比例关系。

因此，在下文中，代替流动至驱动马达220的电流值，而使用流动至马达用逆变器150的电流值对与加速踏板的踩踏量以及驱动马达220所产生的扭矩的关系进行说明。以下，若未特别声明而言及电流值，是指流动至马达用逆变器150的直流的电流值。

图5是表示电流值与加速踏板的踩踏量的关系的曲线图。图5针对转速为零的情况与第二转速r2的情况而示出。第二转速r2是与图4所示的第二转速r2相同的值。

在第二转速r2的情况下，如图4所示，确定为扭矩相对于踩踏量的增大而单调增加。因此，如图5所示，电流值也相对于踩踏量的增大而单调增加。在第二转速r2的情况下，当踩踏量为100％时，电流值达到电流值imax。电流值imax是产生扭矩trqmax的电流值。

在转速为零的情况下，在踩踏量处于从零％至规定量p2的范围内，与第二转速r2的情况相同，设定为电流值相对于踩踏量的增大而单调增加。例如，在踩踏量为p1的情况下，电流值为电流值i1，在踩踏量为规定量p2的情况下，电流值为限制值ith。p1小于规定量p2。电流值i1小于限制值ith。

在转速为零的情况下，在踩踏量处于从规定量p2至100％的范围内，无论踩踏量如何，电流值恒定为限制值ith。这是由于在图4中说明的那样，在转速为零的情况下，当踩踏量为规定量p2以上时，扭矩的值恒定为扭矩trqth。限制值ith是产生扭矩trqth的电流值。

此外，在本实施方式中，限制值ith为电流值imax的50％，扭矩trqth为扭矩trqmax的50％。

这样，在转速为零的情况下，无论踩踏量多大，电流值都被限制为限制值ith以下。

图6是表示固定相的开关元件的温度的时间变化的曲线图。图6表示通过实验取得的值。以下，若简称为温度，则是指固定相的开关元件的温度。图6示出表示实施方式的情况的曲线j与表示比较例的情况的曲线h。这里所说的比较例是指即便转速为零也不对流动至驱动马达220的电流进行限制的方式。例如，在踩踏量为100％的情况下，即便转速为零，电流也流动至驱动马达220，以便输出扭矩trqmax。

时刻t0是转速为零的情况下踩踏量变得开始大于规定量p2的时刻。具体而言，是踩踏量从不足规定量p2的值变为100％的时刻。转速为零的状态在曲线图所示的时间内持续。即便踩踏量变为100％、转速也为零的状态持续并不是因为发生故障，而是由于扭矩的不足导致载货汽车10没有前进。扭矩不足的状况例如是指挂车19满载货物且欲越过较大的阶梯差的状况。

在比较例的情况下，从时刻t0至时刻t1，温度急剧上升。由于从时刻t0至时刻t1时间过短，因而控制装置160检测不到应该根据温度传感器151的测定值来限制流动至驱动马达220的电流的状况。

当达到时刻t1后，控制装置160检测出应该限制流动至驱动马达220的电流的状况，并为了限制电流而开始反馈控制。但是，即便开始限制，也无法抑制温度的上升，温度达到阈值tth。控制装置160若检测到温度达到阈值tth，则使供给至驱动马达220的电流为零。其结果是，驱动马达220所产生的扭矩变为零。

与此相对，在实施方式的情况下，从时刻t0至时刻t1温度上升，但上升速度比比较例的情况慢。这是因为：即便踩踏量为100％，也能够通过根据图4所示的图像决定扭矩来限制流动至驱动马达220的电流。

当达到时刻t1后，控制装置160检测出应该限制流动至驱动马达220的电流的状况，并开始上述反馈控制。在实施方式的情况下，从时刻t0至时刻t1的温度的上升速度较慢，因而能够通过反馈控制将温度抑制为不足阈值tth。因此，能够避免供给至驱动马达220的电流变为零。

根据本实施方式，在驱动马达220的转速为零的情况下，即便驾驶员大幅度踩踏加速踏板，使扭矩为零的控制动作的可能性也较低。

并且，对于本实施方式的手法而言，不需要车重的值，因而即便车重因挂车19所装载的货物的量而变化，也不受其影响，能够获得上述效果。

对实施方式2进行说明。实施方式2的说明将主要围绕与实施方式1不同的点进行。未特别说明的内容与实施方式1相同。

图7是表示扭矩的相加值与固定相的开关元件的温度的关系的曲线图。本实施方式中，使用图4所示的图像与图7所示的关系来决定扭矩。具体而言，扭矩被决定为根据图4所示的图像决定的值与根据图7所示的关系决定的相加值的和的值。

如图7所示，扭矩的相加值取决于温度。在温度为温度tx以上的情况下，扭矩的相加值为零。因此，在温度为温度tx以上的情况下，实际与实施方式1相同。在温度不足温度tx的情况下，根据温度，扭矩的相加值为正值。大体上，扭矩的相加值随着温度降低而单调增加。

这样，在不足温度tx的情况下对扭矩进行相加，实际上会使限制值ith增大。

根据本实施方式，在固定相的开关元件的温度较低的情况下，能够缓和扭矩的限制。

此外，固定相的开关元件的温度时时刻刻发生变化。因此，关于图7所示的温度形成为哪个时刻的温度，存在多种想法。例如，可以采用时时刻刻发生变化的温度，使扭矩的相加值时时刻刻发生变化。或者，也可以采用踩踏量达到规定量p2的时刻的温度，使扭矩的相加值为固定值。扭矩的相加值的固定可以在任意时机解除。例如，可以在踩踏量低于规定量p2的情况下解除。

对实施方式3进行说明。实施方式3的说明将主要围绕与实施方式1不同的点来进行。未特别说明的内容与实施方式1相同。

图8是表示扭矩的有效率与固定相的开关元件的温度的关系的曲线图。在本实施方式中，使用图4所示的图像与图8所示的关系来决定扭矩。具体而言，扭矩被决定为根据图4所示的图像决定的值与根据图8所示的关系决定的有效率相乘的值。

如图8所示，扭矩的有效率取决于温度。在温度为温度ty以下的情况下，扭矩的有效率为1，因此实际上与实施方式1相同。若温度高于温度ty，则有效率降低。在温度为温度tz以上的情况下，扭矩的有效率为零。因此，在温度为温度tz以上的情况下，扭矩变为零。这样，在大于温度ty的情况下将扭矩与有效率相乘实际上会使限制值ith减少。

温度tz可以是与图6所示的阈值tth相同的值，也可以是不同的温度。固定相的开关元件的温度的时刻与在实施方式2中说明过的相同。

根据本实施方式，在固定相的开关元件的温度较低的情况下，能够缓和扭矩的限制。

本公开并不局限于本说明书的实施方式、实施例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，对于与发明内容栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例中的技术特征而言，为了解决上述课题的一部分或全部，或者，为了实现上述效果的一部分或全部，能够适当地替换、组合。若该技术特征在本说明书中未说明为必需的技术特征，则能够适当地删除。例如，例示了以下情况。

载货汽车可以不是牵引挂车的类型。例如可以为全挂车，也可以为自卸卡车。

规定比例可以为50％以上且不足100％的任意值。规定比例是将限制值ith除以电流值imax所得的值。规定比例例如可以为60％。若增大规定比例，则在转速为零的情况下，能够产生的扭矩变大。在增大规定比例的情况下，例如优选通过提高冷却装置290的冷却能力来防止开关元件的过热。另一方面，若缩小规定比例，则进一步抑制开关元件的发热，因而开关元件的保护程度提高。

在踩踏量从规定量p2至100％期间，可以不将电流值固定为限制值ith。例如，可以构成为在踩踏量为规定量p2，将电流值形成为比限制值ith稍小的电流值，随着踩踏量接近100％，逐渐增加电流值，若踩踏量达到100％则使电流值与限制值ith一致。

载货汽车可以不是燃料电池汽车。例如可以是从工业电源充电至二次电池的电动汽车，也可以将借助内燃机的动力发电的电力供电至驱动马达。

载货汽车可以是互联汽车。互联汽车是指搭载通信机并能够通过与云的通信接受服务的汽车。