JP2006087175A - 電動機付き車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡故障発生時に牽引、降坂を行うと逆起電力によって部材が損傷する場合がある。
【解決手段】ステップＳ４においてアクセル開度センサ、モータ回転数センサ、電流センサ、電圧センサなどにおいて異常値が検出されたら、ステップＳ８において短絡故障の可能性を判定する。短絡故障の可能性がある場合は、ステップＳ９においてモータ駆動回路などの短絡故障チェックを行う。短絡故障の発生が判定されたら、ステップＳ１０において短絡故障フラグを１とし、ステップＳ１１において牽引を禁止する旨の指示を運転者に対して行い、ステップＳ１５においてブレーキを作動させる。短絡故障フラグの値は車両のメインスイッチがオフされても保持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、モータによる駆動方式を有する電動機付き車両の制御装置に関する。

モータにより車輪を駆動させる機構を有する車両として、メインバッテリから走行モータへ供給された電力を動力源とする電気自動車、および付加的な電力源または動力源を有するハイブリッド車などがある。これらの車両では一般的に、メインバッテリとモータ駆動回路との間にコンタクタが設けられ、メインスイッチをオンにすることによりコンタクタが接続し、通常走行時はメインバッテリからの電力が走行モータへと供給される。逆に回生時には、車輪の回転によって生じた起電力がメインバッテリに供給される。

ところで、メインスイッチがオフの状態でこれらの車両を牽引したり重力によって降坂させたりする場合は、コンタクタは開放状態にあり、車輪が回転してもコンタクタなどに電流が流れることはない。しかし、途中でメインスイッチをオンにすると、コンタクタが接続され、車輪の回転による逆起電力によってコンタクタなどに大電流が流れる可能性がある。特許文献１には、そのような場合に大電流によってコンタクタが損傷するのを防止するため、走行モータの回転数が基準以上であった場合はメインスイッチがオンされてもコンタクタの開放状態を保持する技術が開示されている。
特開平１０−２５７６０４号公報

しかし、コンタクタが開放状態にあっても、コンタクタと走行モータとの間のモータ駆動回路などに短絡が生じている場合には、牽引や降坂時の車輪の回転による逆起電力によって、短絡により生じた閉回路に大電流が流れる可能性があり、その結果、モータ駆動回路などが損傷する可能性があることを本発明者は認識した。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ駆動回路や走行モータなどにおける故障発生時に、車両を牽引したり重力によって降坂したりする行為に起因した損傷の発生を防止することにある。

本発明のある態様は、電動機付き車両制御装置に関する。この電動機付き車両制御装置は、電動機を駆動源に含む電動機付き車両制御装置であって、電動機の短絡故障を検出する故障検出手段と、前記故障検出手段が短絡故障を検出した際に警告を行う警告手段と、を備えることを特徴とする。

ここで「電動機付き車両」とは少なくともバッテリから供給された電力によって走行モータを回転させ車輪を駆動させる機構を有する自動車などであり、電気自動車、ハイブリッド自動車を含む。また「短絡故障」とは、回路などの短絡、断線、オープン故障などを含んでよい。「警告手段」とはインストルメントパネルへのシンボル表示、車内に備えられた液晶モニタなどへの文字表示、車内スピーカからの音声などを含む。また「警告」とは、短絡故障が発生した旨の通知、牽引や降坂など逆起電力を発生させる行為を禁止する旨の通知、その他の情報通知などのいずれか、またはそれらの組み合わせであってよい。

この態様によると、運転者などはモータ駆動回路や走行モータなどの短絡故障を認知するとともに、修理のための牽引や重力による降坂などを行わなくなるため、車輪の回転から生じる逆起電力によって車両にさらなる損傷が発生するのを防止することができる。

本発明の電動機付き車両制御装置は、故障検出手段が短絡故障を検出した場合に、当該車両の走行を不可能とする制御を行う走行規制手段をさらに備えてもよい。

ここで「走行規制手段」とは、ブレーキシステムなどであり、それを動作させるブレーキペダルやパーキングブレーキなどの操作機構も含む。この態様によると、運転者が誤って牽引などを行おうとしても車輪が回転せず、牽引などが不可能となるとともに、逆起電力の発生を防止し、車両にさらなる損傷が発生するのを防止することができる。

本発明の電動機付き車両制御装置によると、モータ駆動回路やモータなどに短絡故障が発生した際、運転者はそれを認知し、適切な処置を行うことができる。

図１は本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置１００を搭載した車両の構成を模式的に示した図である。ここで車輪１０には車輪１０を駆動させるモータ２０および車輪１０を制動させるブレーキ３０が備えられている。さらに、車内にはモニタ５０が備えられている。

モータ２０にはモータ駆動回路３２が接続されている。モータ駆動回路３２には、駆動用コンタクタ３４を介してモータ駆動用高電圧バッテリ３６からの電力が供給される。モータ駆動回路３２および駆動用コンタクタ３４はモータコントローラ３８によって制御される。ブレーキ３０はブレーキコントローラ４０によって制御される。モニタ５０はモニタコントローラ４２によって制御される。

モータコントローラ３８は、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２と通信可能である。モータコントローラ３８、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２はそれぞれシステム用バッテリ４８より電力供給を受け作動する。ここでシステム用バッテリ４８からは走行メインスイッチ４６を介してモータコントローラ３８、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２へと分配される配線と、モータコントローラ３８、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２へ直接接続される配線とが設けられ、走行メインスイッチ４６がオフの場合でもモータコントローラ３８、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２が後述する所定の動作を行えるようにしている。さらに、ブレーキコントローラ４０はシステム用バッテリ４８と、ブレーキ解除スイッチ４４を介した配線によっても接続されている。

この図のごとく、車輪１０とモータ２０とが直結し、ギアシフトによるニュートラル・ポジションが設けられていないインホイールタイプの電気自動車では、牽引などによって車輪１０を回転させると、モータ２０も連動して回転する。このときモータ駆動回路３２が短絡などにより閉回路を構成していると、駆動用コンタクタ３４が開放状態であっても逆起電力が発生する。本発明者は以上の課題を認識し、以下に述べる形態を含む車両制御装置１００に想到した。なお、図１では車両に含まれるひとつの車輪１０に対してのみ、本実施の形態の電動機付き車両制御装置１００が接続されているが、複数の車輪１０に対して同様の構成を設けることができる。

図２は本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置１００のブロック図を示す。モータコントローラ３８はトルク指令値算出手段６０、目標電力算出手段６２、実電力算出手段６４、比較手段６６、トルク制御手段６８、および故障判定手段７０を含む。モータコントローラ３８は、アクセル開度センサ５２、モータ回転数センサ５４、電流センサ５６および電圧センサ５８からの信号を取得し、以下に述べる所定の演算を行ったのち、その結果に応じてモータ駆動回路３２、ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２へそれぞれ制御信号を送信する。モータ駆動回路３２は、受信した制御信号に従い、モータ駆動用高電圧バッテリ３６から電力供給させることによりモータ２０を作動させる。ブレーキコントローラ４０およびモニタコントローラ４２は、受信した制御信号に従い、それぞれブレーキ３０およびモニタ５０を作動させる。

まず、本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置１００による、通常の走行制御手順を説明する。

アクセル開度センサ５２およびモータ回転数センサ５４によってそれぞれ検出されたアクセル開度およびモータ回転数は、モータコントローラ３８におけるトルク指令値算出手段６０に送信される。トルク指令値算出手段６０では、受信したモータ回転数およびアクセル開度に基づき、あらかじめ設定されたトルクマップを参照して、運転者が要求しているモータトルク指令値を算出する。目標電力算出手段６２は、トルク指令値算出手段６０において算出されたモータトルク指令値とモータ回転数センサ５４によって検出されたモータ回転数とを乗算し、モータ２０に供給すべき目標電力を算出する。

一方、電流センサ５６および電圧センサ５８によってそれぞれ検出された、モータ駆動回路３２における電流値および電圧値は、モータコントローラ３８における実電力算出手段６４へ送信される。実電力算出手段６４は送信された電流値および電圧値よりモータ２０に供給されている実電力を算出する。比較手段６６は、目標電力算出手段６２にて算出された目標電力と、実電力算出手段６４にて算出された実電力との比較を行い、例えば目標電力と実電力との差分を算出する。トルク制御手段６８は、例えば比較手段６６によって算出された目標電力と実電力との差分をゼロとするようにモータ駆動回路３２を制御することによって、モータ２０のフィードバック制御を行い、運転者の所望とする走行状態に対応させる。

次に、本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置１００による、故障検出とその処置についての処理手順を説明する。

モータコントローラ３８は、アクセル開度センサ５２、モータ回転数センサ５４、電流センサ５６および電圧センサ５８などのセンサがそれぞれ検出するアクセル開度、モータ回転数、モータ駆動回路における電流値および電圧値といったセンサ値を例えば所定の時間間隔で常時監視する。それらの値が、トルク指令値算出手段６０にて算出されたトルク指令値や実際の走行状態などによって定まる正常範囲を逸脱した場合には、故障判定手段７０にて故障状態の判定が行われ、その結果に応じて次に述べるフェイルセーフ制御が行われる。

図３は上述した故障状態の検出、判定およびフェイルセーフ制御の手順を示す流れ図である。これらの処理は、所定の時間間隔など、所定の規則で繰り返し行ってよい。モータコントローラ３８はまず、ステップＳ１において短絡故障フラグの確認を行う。短絡故障フラグの値は、システム用バッテリ４８からモータコントローラ３８への電力供給が断たれたときに「０」にリセットされるため、電力供給後初めてのループにおいては、短絡故障フラグは「０」である。その後、後述のとおり短絡故障が検出された際に短絡故障フラグを「１」とするため、２回目以降のループにおいて、短絡故障フラグの「１」または「０」を確認する。短絡故障フラグの値は走行メインスイッチ４６のオン／オフに関わらず保持されるため、ステップＳ１の処理は走行メインスイッチ４６のオン／オフに関わらず行うことができる。

短絡故障フラグが「１」のときは（ステップＳ１のＮｏ）、ステップＳ１１からステップＳ１６に含まれる、牽引を防止する処理を行う。なお、ステップＳ１１からステップＳ１６の処理については後述する。

ステップＳ１にて短絡故障フラグが「０」であることが確認された場合（ステップＳ１のＹｅｓ）、ステップＳ２において走行メインスイッチ４６がオンであるかオフであるかを確認する。走行メインスイッチ４６がオフのときは（ステップＳ２のＮｏ）、Ｓ７においてモータコントローラ３８を、監視など所定の動作のみ行う節電状態（スリープ状態）とするか、すでにスリープ状態である場合はスリープ状態を保持し、その回の処理ループを閉じる。走行メインスイッチ４６がオンのときは（ステップＳ２のＹｅｓ）、ステップＳ３においてモータコントローラ３８を、演算および制御などが可能な状態（ウェイク状態）へと起動させるか、すでにウェイク状態である場合はその状態を保持する。ステップＳ４において、図２において説明したとおり、アクセル開度センサ５２、モータ回転数センサ５４、電流センサ５６および電圧センサ５８などのセンサがそれぞれ検出するアクセル開度、モータ回転数、電流値および電圧値といったセンサ値の異常検出を行う。ここで異常が検出されなかった場合は（ステップＳ４のＹｅｓ）、ステップＳ５において駆動用コンタクタ３４を接続、またはすでに接続している場合は接続状態を保持して車両を走行可能状態とし、ステップＳ６において上述した通常の走行制御を行う。

ステップＳ４において、アクセル開度、モータ回転数、電流値および電圧値といったセンサ値のいずれかに異常が検出されたときは（ステップＳ４のＮｏ）、ステップＳ８において、モータ駆動回路３２などにおける短絡故障の可能性の有無を判断する。具体的には、短絡故障の発生に対する各センサ値のしきい値である異常判定値と、実際に検出されたセンサ値とを比較する。異常判定値はトルク指令値や実際の走行状態などによって定まる。ここでは例えば、電流Ｉが異常判定値Ｉ＿ｒｅｆ以上のとき、電圧値Ｖが異常判定値Ｖ＿ｒｅｆ以下のとき、またはモータ回転数Ｒｅｖが異常判定値Ｒｅｖ＿ｒｅｆ以下のとき、またはモータ回転数ムラｄＲｅｖが異常判定値ｄＲｅｖ＿ｒｅｆ以上のときに、短絡故障の可能性があると判断される。この場合は（ステップＳ８のＹｅｓ）、車両の走行に支障のないときにステップＳ９の短絡故障チェックを行う。ステップＳ９の処理を、図４を参照して説明する。

図４はモータ駆動回路３２の構成例を示している。ここでは一例として、三相交流モータを用いたときのモータ駆動回路３２を示しているが、モータ駆動回路３２の構成はこれに限定されない。ここで、例えばトランジスタＴｒ１からＴｒ６のうち、Ｔｒ２にオン故障が発生している場合、モータ２０に逆起電力が生じると電流Ｉ＿ｒｅｖが図示した方向に流れ、モータ駆動回路３２などに損傷が生じる場合がある。ステップＳ９において行われる短絡故障のチェックとしては、例えばモータ駆動回路３２のスイッチング素子を順次オン／オフしながら、所定の電圧を印加する。このとき電流値Ｉが当チェック動作における異常判定値Ｉ＿ｒｅｆ＿ｃ以上のとき、かつ電圧値Ｖが当チェック動作における異常判定値Ｖ＿ｒｅｆ＿ｃ以下のときは、短絡故障が存在すると判定することができる。

ステップＳ９では、上述した短絡故障チェック以外に、モータ２０の回転などのチェック作業を含めてもよい。例えば、上述のチェック動作によってモータ駆動回路３２の短絡は検出されないが、電圧を印加してもモータ２０が回転しないときは、ハーネス７４が断線していると判定してもよい。ハーネス７４が断線したまま当該車両の牽引などを行うと、断線したハーネス７４が車体や部材に触れることにより逆起電力による電流が発生し、モータ２０や部材などに損傷が生じる可能性がある。従って、ステップＳ９で行われる短絡故障チェックは、ハーネス７４やモータ２０などの異常チェックを含めてもよい。このような逆起電力の発生に係る故障が検出された場合は（ステップＳ９のＹｅｓ）、ステップＳ１０において短絡故障フラグを「１」とし、以下に述べるステップＳ１１からステップＳ１６により、牽引を防止する処理を行う。

モータコントローラ３８はステップＳ１１において、故障の発生と、当該車両を牽引する行為を禁止する旨の通知を運転者へ表示するように、モニタコントローラ４２に要求し、モニタコントローラ４２はモニタ５０にその旨の表示を行う。これにより、運転者は当該車両に発生した故障は、牽引や重力による降坂が不可能なものであることを認識することができ、結果として本来故障のなかった他の部分にまで損傷が及ぶのを防止することができる。

次に、当該車両が走行中の場合は、ステップＳ１２において、急減速にならないように徐々にモータ要求トルクを０にする。ステップＳ１３において当該車両の停止を確認後、ステップＳ１４において駆動用コンタクタ３４を開放状態にする。

その後、モータコントローラ３８はステップＳ１５において、ブレーキコントローラ４０にブレーキ３０を作動させるように要求し、ブレーキコントローラ４０はブレーキ３０を作動させる。このとき、当該車両に備えられたパーキングブレーキの機構を利用してもよい。Ｓ１５の処理により、運転者が誤って当該車両を牽引しようとした場合でも、ブレーキ３０によって車輪１０が回転せず牽引が不可能となるため、モータ２０に逆起電力が発生することがなくなる。

その後、Ｓ１６においてモータコントローラ３８をスリープ状態とし、この回のループ処理を閉じる。Ｓ１１からＳ１６の一連の処理により、走行中の短絡故障検出から、車両の停止、その後の処置までを、より安全な過程で的確に行うことができる。

ステップＳ８において短絡故障の可能性がないと判定された場合（ステップＳ８のＮｏ）、またはステップＳ９において、短絡故障との判定がなされなかった場合は（ステップＳ９のＮｏ）、ステップＳ１７において、上述したような逆起電力発生の原因となりうる故障以外の故障判定を行い、それぞれの故障に対応した処置を行う。一例として、ブレーキ３０が破損し制動力が低下したと判定された場合には、モータ２０の回転数を絞り最高速度を規制するなどの処置が行われるが、このような故障判定および処置に係る説明は省略する。

本実施の形態では、走行メインスイッチ４６がオフであっても、ステップＳ１０で「１」とされた短絡故障フラグは保持され、モータコントローラ３８はステップＳ１１やステップＳ１５などの処理を行うことができる。これにより、運転者は当該車両が牽引や重力による降坂などを行えない状態にあることを、走行メインスイッチ４６のオン／オフに関わらず、常に認識できる。結果として牽引などの行為によって本来故障のなかった他の部分にまで損傷が及ぶのを防止することができる。また、車輪１０の回転を物理的に不可能とすることにより、過失による牽引などのヒューマンエラーを回避することができる。

ステップＳ１５において作動したブレーキ３０もまた、走行メインスイッチ４６がオフ状態にあっても作動し続けるが、ブレーキ解除スイッチ４４によって手動で解除することができる。これにより運転者は、ブレーキ３０を自ら解除し、当該車両をキャリアカーなどに積載して修理工場などへ運搬するという、的確な対処方法を選択することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素にはいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施の形態では車輪１０とモータ２０とが直接接続されている場合について述べたが、ギア・ニュートラルポジションを備える電気自動車などに同様の構成を有する制御装置を搭載してもよい。このような車両においては、例えばギアトラブルなどによってニュートラル状態を達成できないときに短絡故障などが発生すると、牽引、降坂などによる車輪１０の回転によってモータ２０に逆起電力が生じる場合がある。そこで、本実施の形態で述べた故障判定およびフェイルセーフ制御と同様の処理を行うことで、モータ２０やモータ駆動回路３２などに含まれる他の部品の損傷を防止することができる。

本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置を搭載する車両の構成例を模式的に示す図である。 本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置のブロック図である。 本実施の形態に係る故障状態の検出、判定およびフェイルセーフ制御の手順を示す流れ図である 本実施の形態に係る電動機付き車両制御装置に含まれるモータ駆動回路構成例を示す図である。

符号の説明

１０ 車輪、 ２０ モータ、 ３０ ブレーキ、 ３２ モータ駆動回路、 ３４ 駆動用コンタクタ、 ３６ モータ駆動用高電圧バッテリ、 ３８ モータコントローラ、 ４０ ブレーキコントローラ、 ４２ モニタコントローラ、 １００ 電動機付き車両制御装置。

Claims (4)

1. 電動機を駆動源に含む電動機付き車両制御装置であって、
   電動機の短絡故障を検出する故障検出手段と、
   前記故障検出手段が短絡故障を検出した際に警告を行う警告手段と、を備えることを特徴とする電動機付き車両制御装置。
2. 前記警告は、運転者に対する当該車両の牽引を禁止する旨の通知であることを特徴とする請求項１に記載の電動機付き車両制御装置。
3. 前記故障検出手段が前記短絡故障を検出した場合に、当該車両の走行を制限する制御を行う走行規制手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機付き車両制御装置。
4. 電動機を駆動源に含む電動機付き車両制御装置であって、
   電動機の故障を検出する故障検出手段と、
   前記故障検出手段が故障を検出した際に、当該車両の牽引を禁止する旨の警告を行う警告手段と、を備えることを特徴とする電動機付き車両制御装置。
   

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