JP2008178183A - 電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の制動などの動作を確保しつつ、電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置の電源として走行用の高圧系を使用可能とした電動車両を提供する。
【解決手段】走行系モータ６を駆動する高圧系電源１と、低圧系電源２とを備える。パワーステアリング装置及びブレーキ装置の駆動モータ１１，１２を高圧系及び低圧系の両電源１，２に接続する。高圧系電源１と走行系モータ６とが電気的に接続されている状態では、高圧系電源１で駆動モータ１１，１２を作動させ、高圧系電源１と走行系モータ６とが電気的に非接続の状態では、低圧系電源２で駆動モータ１１，１２を作動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータで車輪を駆動制御する電動車両に関する。

従来、車輪をモータで駆動する駆動装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。この装置では、車輪に連結した走行用のモータ（発電電動機）に電力を授受可能に接続される高圧蓄電装置と、低圧蓄電装置と、その高圧蓄電装置と低圧蓄電装置とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータとを備える。そして、大きなエンジン始動用電力の一部を、低圧電気負荷給電用の低圧蓄電装置に分担させている。また、上記低圧蓄電装置には、ランプ装置などの低圧負荷装置が接続されて、低圧負荷装置は低圧蓄電装置から給電される電力で駆動される。

一般に、高圧系の電源は走行用のモータで使用されており、部品保護の観点から異常時にはリレーの接点を開放して、高圧系の電源を遮断している。
一方、ブレーキが電動の場合には、当該電動ブレーキ装置は、走行系の電気系統に異常が発生しても両走行中はできるだけ動作させる必要があることから、低圧系の電源の負荷装置として、当該低圧系の電源で動作するようにしている。

同様に、電動パワーステアリング装置の電動アクチュエータも低圧系の電源で動作している。
特開２００２−１７６７０４号公報

ブレーキ装置が低圧系の電源で動作する構成の場合には、そのメカニカル動作部（例えば、ディスクブレーキのキャリパ）を駆動する電動モータへの供給電圧も低電圧になり、動作時に電流量増大により発熱が大きいことから部品の大型化を招いている。
電動パワーステアリング装置の電動アクチュエータについても同様である。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、走行中の制動などの動作を確保しつつ、電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置の電源として走行用の高圧系を使用可能とすることを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明の電動車両は、走行用電動モータを駆動する高圧系の電源と、低圧負荷装置用の低圧系の電源とを備え、パワーステアリング装置もしくはブレーキ装置の少なくとも一方の電動駆動部を、高圧系及び低圧系の両電源に接続し、
高圧系電源と走行用電動モータとが電気的に接続されている状態では、高圧系の電力で上記電動駆動部を作動させ、高圧系電源と走行用電動モータとが電気的に非接続の状態では、低圧系の電源で上記電動駆動部を作動させることを特徴とする。

本発明によれば、通常の走行においては、高圧系の電源でパワーステアリング装置もしくはブレーキ装置の少なくとも一方を駆動出来る。一方、走行系もしくは高圧系電源関係が故障の場合には、低圧系の電源でワーステアリング装置もしくはブレーキ装置の少なくとも一方を駆動することで、走行中の電動ブレーキなどの作動電力を確保する。

（第１実施形態）
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態にかかるパワーエレクトロニクス部の概要構成を示す図である。
（構成）
まず構成について説明すると、図１に示すように、電源として走行用の高圧系電源１と、低圧負荷装置２０用の低圧系電源２の２系統の電源を備える。この実施形態では、高圧系電源１は、例えば６０Ｖのバッテリであり、低圧系電源２は、例えば１２Ｖのバッテリからなる。

そして、高圧系電源１には、第１及び第２電線３，４を通じて走行系インバータ５が電気的に接続され、高圧系電源１からの電力が走行系インバータ５で３相交流に変換されて走行系モータ６に供給される。走行系モータ６の出力は、不図示の減速機がクラッチなどを介して駆動輪に伝達可能となっている。
上記第１及び第２電線３，４の途中には第１リレー７が設けられていて、その第１リレー７の接点を開放することで、高圧系電源１は、走行系インバータ５及び走行系モータ６から遮断される。上記第１リレー７の接点は、高圧系電源１及び走行系が正常な状態では閉状態に設定され、走行系もしくは高圧系電源１に異常が発生したら、開放されるように制御されている。

また、上記高圧系電源１に対し、上記第１及び第２電線３，４を介してパワーステアリング用インバータ８、ブレーキ用インバータ９、エアコン用インバータ１０が電気的に接続されている。
すなわち、第１及び第２電線３，４における上記第１リレー７の介装位置よりも走行系モータ６側で、当該電線３，４が分岐して、上記パワーステアリング用インバータ８、ブレーキ用インバータ９、エアコン用インバータ１０が電気的に接続されている。各インバータ８〜１０は、それぞれ供給されてきた電力を３相交流に変換して対応する駆動モータ１１，１２、１３に供給可能となっている。

ここで、上記各インバータ５，８，９，１０は、いずれも平滑用のコンデンサ１４〜１７を備える。
更に、本実施形態では、第１及び第２電線３，４における上記第１リレー７の介装位置よりも走行系モータ６側で、電線３，４が分岐し、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を介して低圧系電源２が接続されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、双方向性のコンバータであって、コンバータ制御部４０でのスイッチング制御によって、高圧電力を低圧電力に変換して低圧系電源２に供給する第１の変換状態と、低圧系電源２の低圧電力を高圧電力に変換して出力する第２の変換状態をとることが可能となっている。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８のコンバータ制御部４０は、走行中において、上記第１リレー７の接点が閉じている状態では、適宜、第１の変換状態で動作するようにスイッチング制御を行い、また、第１リレー７の接点が開放したことを検知すると第２の変換状態で動作するようにスイッチング制御する。
なお、上記低圧系電源２には、不図示のランプなどの低圧負荷装置２０が電気的に接続されている。
ここで、高圧系電源１が電力供給装置を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８及び低圧系電源２が、充放電可能な蓄電装置を構成する。またパワーステアリング用インバータ８及び駆動モータ１１、ブレーキ用インバータ９及び駆動モータ１２が電動駆動部を構成する。

（作用効果）
上記構成の電気車両では、車両走行中において、走行系及び高圧系電源１に故障が無い場合には、第１リレー７が閉じているので、高圧系電源１からの電力によって走行系モータ６が駆動制御されて車両が走行する。また、高圧系電源１からの高圧電力によって電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２が作動することで、操舵アシストが行われたり制動が行われたりする。

このように、電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２を高電圧で作動させるので、低電圧で作動させる場合に比べ、動作時の電流量が減少して発熱が小さくなる。この結果、当該駆動モータ１１，１２で駆動させるメカニカル動作部（ディスクブレーキのキャリパやステアリングコラム軸など）を小型化することが可能となる。

また、電動パワーステアリング装置や電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２を高電圧で作動させることで駆動トルクが大きくなる結果、減速機構を不要とすることが出来る。減速機構を用いないで駆動する場合には、当該駆動モータ１１，１２で駆動させるメカニカル動作部の応答性が向上する。
さらに、走行中において、例えば高圧系電源１関係に故障が発生するなどの異常時に、高圧系の部品保護の観点から第１リレー７の接点が開放したときには、走行系インバータ５を停止、つまりモータ６を停止すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８を第２の変換状態に制御される。

これによって、低圧系電源２の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ１８で昇圧されて、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２が作動可能となる。つまり、走行系や高圧系に異常が発生しても、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置を高圧電力で作動させることが確保できる。
ここで、上記実施形態では、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の両方の駆動モータ１１，１２を、第１リレー７を介して高圧系電源１に接続する場合で例示しているが、一方の装置、例えば電動ブレーキ装置の駆動モータ１２だけを高圧系電源１に接続しても良い。

また、上記実施形態では、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ１８、及び低圧系電源２によって放充電可能な蓄電装置を構成する場合で説明したが、これに限定されない。例えば図２に示すように、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ１８、及び低圧系電源２に代えて、別置きのコンデンサなどからなる蓄電装置２１を、第３リレー２２を介して接続することで構成しても良い。例えば、高圧系が正常の状態で適宜、第３リレー２２の接点を閉じてコンデンサなどからなる蓄電装置２１に蓄電しておき、高圧系が異常となって第１リレー７が開放されたときに、電動パワーステアリング装置もしくは電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２が作動する際に第３リレー２２を閉じて当該駆動モータ１１，１２に電力を供給する。

また、上記実施形態では、電力供給装置として、６０Ｖバッテリなどから高圧系電源１を例示しているが、これに限定されない。例えば、主駆動輪をエンジンで駆動し、そのエンジンで駆動される発電機を電力供給装置としても良い。この場合には、電力供給装置が故障してはいないが、発電機の発電不足などで上記第１リレー７を開放した場合にも、低圧系電源２の電力を高圧に昇圧して、電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２などに供給するようにしても良い。発電機が発電不足などとなっても、電動ブレーキ装置の作動を確保することが出来る。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
図３は、本実施形態に係るパワーエレクトロニクス部の概要構成を示す図である。
（構成）
本実施形態に基本構成は、上記第１実施形態と同様である。
だたし、高圧系電源１に対して、走行系と並列に、つまり独立して、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の両方の駆動モータ１１，１２を、それぞれのインバータ８，９を介して電気的に接続したものである。符号２５は、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置側の電線３，４に設けられた第２リレーである。

また、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ１８及び低圧系電源２などから構成される放充電可能な蓄電装置は、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置側の電線に接続されている。すなわち、放充電可能な蓄電装置は、駆動モータ１１，１２と高圧系電源１に電気的に接続されている。
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の第１の変換状態及び第２の変換状態の切替は第２リレー２５の開閉に基づき切り替える。

（作用効果）
この実施形態では、走行系の異常によって第１リレー７の接点が開放されても、高圧系電源１に異常が無ければ、高圧系電源１の電力を電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２に供給することが可能となる。
更に、高圧系電源１関係に異常が発生して第２リレー２５の接点が開放されても、低圧系電源２の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１８で昇圧されてなる高圧の電力を、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２に供給することが可能となる。
その他の作用効果や構成については上記第１実施形態と同様である。

ここで、図４のように、高圧系電源１に対して、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２をそれぞれ独立にして接続するようにしても良い。この場合には、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ１８及び低圧系電源２などから構成される放充電可能な蓄電装置は、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置側の両方の電線に個別に接続する。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
図５は、本実施形態に係るパワーエレクトロニクス部の概要構成を示す図である。
本実施形態に基本構成は、図５のように、上記第１実施形態の図１と同様である。
ただし、走行系インバータ５で走行系モータ６を回生制御可能とする。そして、高圧系電源１の異常によって第１リレー７の接点が開放されたと判定し、車両が走行中は走行系モータ６を回生状態とする。符号４１は、走行系インバータ５をスイッチング制御する走行系モータ制御部である。
これによって、車両が動いている間は、高圧系電源１に異常が発生しても、回生電力が低圧系電源２と共に、もしくは回生電力だけで、電動パワーステアリング装置及び電動ブレーキ装置の駆動モータ１１，１２に供給可能となる。これによって、車両が動いている間は、確実に操舵アシスト及び制動が可能となる。

次に、上記走行系モータ６による回生時の制御の一例を、図６に基づき説明する。以下の説明は、異常時にブレーキ装置に駆動電力を供給する場合を例に説明するが、異常にパワーステアリング装置に駆動電力を供給も同様な処理となる。
所定サンプリング周期で実施されて、まずステップＳ１０にて高圧系の故障で第１リレー７の接点が開放されたか否かを判定し、開放されていない場合には処理を終了し、開放されている場合にはステップＳ２０に移行する。

ステップＳ２０では、車速が所定の低速度以下か否か、たとえば停車もしくは停車に近い速度か否かを判定し、低速度以下と判定した場合には、ステップＳ３０に移行して、走行系インバータ５のコンデンサ１４の放電を行い処理を終了する。
一方、ステップＳ２０で車速が所定の低速度よりも大きく、所定以上の回生電力を発生可能と判定すると、ステップＳ４０に移行する。
ステップＳ４０では、走行系モータ６側が故障しているか否かを判定し、走行系モータ６側が故障していると判定した場合にはステップＳ５０に移行し、走行系モータ６が故障していないと判定するとステップＳ６０に移行する。

ステップＳ５０では、インバータ５中の放電回路（抵抗）などで平滑コンデンサ１４の放電を行い処理を終了する。
また、ステップＳ６０では、走行系インバータ５のコンデンサ１４の電圧が許容値以下か否かを判定し、許容値以下の場合には、ステップＳ８０に移行する。許容値より大きい場合にはステップＳ７０に移行する。
ステップＳ７０では、コンデンサ１４に十分な電圧が蓄電されているので、走行系モータ６による回生を行わないで処理を終了する。この場合には、走行系インバータ５のコンデンサ１４の電力が電動ブレーキ装置の駆動モータ１２に供給されることでブレーキが作動する。この状態で回生をしないのは、機器の耐性悪化を防止するためである。
ステップＳ８０では、ブレーキ動作を行うために必要な要求電力を計算してステップＳ９０に移行する。

ステップＳ９０では、ブレーキの要求電力分だけ走行系モータ６で発電（回生）して、ステップＳ１００に移行する。これによって、回生電力が電動ブレーキ装置の駆動モータ１２に供給されることで作動する。なお、低圧系電源２からの給電と併用する場合には、低圧系電源２から給電に応じて走行系モータ６での回生（発電）を抑制する。
ステップＳ１００では、上記回生による制動力発生による、ブレーキ装置で発生する制動力低減指令をブレーキ装置の制動コントローラに出力して処理を終了する。

以上のように制御することで、車両が所定低速度以下となるまでは、駆動モータ１２及び走行系インバータ５に異常が無い場合には、インバータ５のコンデンサ１４の放電を行うことが行われず、当該コンデンサ１４の電圧が高い場合には、その電力で電動ブレーキ装置が駆動可能となる。
また、コンデンサ１４が許容電圧以下の場合には、走行系モータ６の回生で電動ブレーキ装置が駆動可能となる。このとき回生によって制動が掛かっている状態であるので、電動ブレーキ装置で発生する制動力をその分、小さく、つまり消費電力を小さく抑えることが出来る。

なお、一般に、車両が停止もしくは異常となったら、安全のために、上記インバータ５のコンデンサ１４はすぐに放電する処理が施されるが、本実施形態では、コンデンサ１４を充放電可能な蓄電装置として扱い、車両が走行中は、コンデンサ１４の放電を抑制し、当該走行系インバータ５のコンデンサ１４に蓄電された電力で、電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置を駆動可能としている。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
図７は、本実施形態に係るパワーエレクトロニクス部の概要構成を示す図である。
本実施形態に基本構成は、図７のように、上記第１実施形態と同様である。
ただし、走行系インバータ５の平滑用コンデンサ１４を、走行系が異常が無ければ、放電開始を通常よりも遅らせることで、当該コンデンサ１４の電力でも、電動ブレーキ装置や電動パワーステアリング装置を駆動可能としたものである。

（第１実施例）
次に、その制御の第１実施例について図８を参照して説明する。
まず、ステップＳ２００にて、車両が走行中であって、高圧系の故障によって第１リレー７の接点が開放されたか否かを判定し、開放されたと判定した場合にはステップＳ２１０に移行する。
ステップＳ２１０では、故障の原因が走行系か否かを判定し、走行系が原因と判定した場合にはステップＳ２２０に移行して、走行系インバータ５の抵抗を使用してコンデンサの放電を開始して処理を終了する。

一方、故障の原因が走行系でない場合にはステップＳ２３０に移行して、上記第１リレー７が開放されてから所定時間経過したか判断し、所定時間経過するまで放電を遅らせる。そして所定時間経過したらステップＳ２４０に移行して放電を開始して処理を終了する。
この第１実施例では、高圧系が故障して走行のための駆動が不能になったら、運転者がブレーキを掛けると想定される十分な時間だけコンデンサ１４の放電を遅らせることで、上記コンデンサ１４の電力により電動ブレーキ装置及び電動パワーステアリング装置の駆動を可能とする。

（第２実施例）
第２実施例では、図９に示すように、上記第１実施例の処理におけるステップＳ２３０の処理だけが異なる。
すなわち、第２実施例では、車速が所定の低速度以下、例えば停止した状態に等しい速度か否かを判定し、低速度以下になったらステップＳ２４０に移行して放電を開始する。
これによって走行系の異常で無ければ、車両が所定の低速度以下の車速になるまで走行系のコンデンサ１４の電力を供給可能となる。

（第３実施例）
第３実施例では、図１０に示すように、上記第１及び第２実施例におけるステップＳ２３０の処理の代わりに、ステップＳ３００及びＳ３１０の処理を行う。
この実施例では、ステップＳ３００及びＳ３１０にて、ＡＢＳ信号を使用して、走行系モータ６で駆動される駆動輪、及び従動輪の両方の車輪速が共に所定低速度以下になるまで、ステップＳ２４０での放電開始を延期するものである。
走行路面がアイスバーンなど路面によっては駆動輪と従動輪の挙動が違うことを考慮して、駆動輪及び従動輪が共に所定低速度になったときに放電開始するようにして、走行状態をより確実に検出しようとしたものである。
なお、第１実施例〜第３実施例を適宜組み合わせても良い。

本発明に基づく第１実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第１実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の別の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の別の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第３実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第３実施形態に係る処理例を示す図である。 本発明に基づく第４実施形態に係る電動車両のパワーエレクトロニクス部の構成を示す概要図である。 本発明に基づく第４実施形態に係る処理例を示す図である。 本発明に基づく第４実施形態に係る処理例を示す図である。 本発明に基づく第４実施形態に係る処理例を示す図である。

符号の説明

１ 高圧系電源
２ 低圧系電源
３，４ 電線
５ 走行系インバータ
６ 走行系モータ
７ 第１リレー
８ パワーステアリング用インバータ
９ ブレーキ用インバータ
１１，１２ 駆動モータ
１４ コンデンサ
１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０ 低圧負荷装置
２１ 蓄電装置
２２ 第３リレー
２５ 第２リレー

Claims (8)

1. 電力供給装置と、上記電力供給装置からの電力で車輪を回転駆動する電動モータと、上記電力供給装置とは別の充放電可能な蓄電装置と、備え、
   上記電力供給装置及び電動モータが正常と判定したら、パワーステアリング装置もしくはブレーキ装置の少なくとも一方の電動駆動部を、上記電力供給装置に電気的に接続し、
   上記電力供給装置もしくは電動モータの異常を検出したら、上記電動駆動部を上記蓄電装置に電気的に接続することを特徴とする電動車両。
2. 電力供給装置と、上記電力供給装置に第１リレーを介して接続されて当該電力供給装置からの電力で車輪を回転駆動する電動モータと、上記電力供給装置とは別の充放電可能な蓄電装置と、備え、
   パワーステアリング装置もしくはブレーキ装置の少なくとも一方の電動駆動部を、第２リレーを介して上記電力供給装置に接続すると共に、上記低電圧蓄電装置にも接続し、
   上記第２リレーの接点が閉じ状態では、当該電力供給装置からの電力で上記電動駆動部を作動させると共に、上記第２リレーの接点が開放されると蓄電装置の電力を上記電動駆動部に供給可能とすることを特徴とする電動車両。
3. 上記蓄電装置は、上記電力供給装置の許容される上限の電圧よりも低電圧のバッテリと、双方向に変換可能なＤＣ／ＤＣコンバータと、から構成し、上記第２リレーの接点が開放された状態では、上記ＤＣ／ＤＣコンバータを低圧から高圧に変換する状態に制御してバッテリの電圧を昇圧して上記電動駆動部に供給可能にすることを特徴とする請求項１に記載した電動車両。
4. 上記第１リレーと第２リレーは同一のリレーであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載した電動車両。
5. 上記電動モータは、インバータを介して上記電動供給装置及び電動駆動部と電気的に接続され、
   車両が走行中に上記第２リレーの接点が開放されると上記電動モータを回生可能状態とし、その回生によって発生した電力を上記電動駆動部に供給可能とすることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載した電動車両。
6. 上記電動駆動部はブレーキ装置の電動駆動部であり、ブレーキ作動要求があるときに上記電動モータを回生状態とすることを特徴とする請求項５に記載した電動車両。
7. 上記インバータはコンデンサを有し、コンデンサの電圧が所定値以下になったら上記回生を行うことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載した電動車両。
8. 上記電動モータは、コンデンサを有するインバータを介して上記電動供給装置及び電動駆動部と電気的に接続され、
   上記第１リレーの接点開放後、所定時間経過後もしくは車両が停止した後に、上記コンデンサの放電を行うことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載した電動車両。

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