JP2009112136A - 出力トルク制御装置、車両駆動システムおよび車両駆動システムを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却系統を含む車両駆動システムにおいて、冷却水の流量の減少により車両駆動システムが過熱されることを防止する。
【解決手段】出力トルク制限部９０は、ウォータポンプからウォータポンプの実回転数Ｒを取得し、実回転数Ｒと係数αとを対応付ける参照マップを参照して、取得した実回転数Ｒに対応する係数α（０＜α≦１）を特定し、その係数αを出力トルク指令値算出部８８に出力する。出力トルク指令算出部８８は、車速Ｖ、アクセル開度ＡＰ、レンチの位置ＲＰに基づいて、基本の出力トルク指令値ＴＲｏ１，ＴＲｏ２を算出し、さらに出力トルク制限部９０から出力される係数αを基本の出力トルク指令値ＴＲｏに乗算して、出力トルク指令値ＴＲを算出し、回転電機駆動システムを制御する制御装置に出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両駆動システムおよびそれを備える車両に関し、特に、回転電機を用いて車輪を駆動する車両駆動システムおよびそれを備える車両に関する。

近年、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車、あるいは電気自動車のように、駆動源として回転電機を用いる車両が大きな注目を集めている。

駆動源として回転電機を用いる車両には、回転電機を駆動するインバータなどの駆動システムの過熱を防ぐために、通常、駆動システムを冷却する冷却システムが搭載される。一般的な冷却システムは、冷却水の循環路、冷却水を循環路に循環させるポンプ、および冷却水を冷却するラジエータを備える。

また、駆動システムの過熱による不具合を防止するために、冷却水の温度やインバータ回路内の素子の温度に基づいて回転電機の出力を制限する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、モータ制御ユニットが、温度センサによって冷却水温度を読み取り、冷却水温が過度に上昇したとき、その温度に応じてコンバータとインバータとの合計電力を減少させて発熱を抑える技術が開示されている。

また、特許文献２には、制御装置が、トルク指令値が大きなトルクを発生させるというものであっても、ラジエータから出力される冷却水の温度がインバータの現在の温度に近い場合は、冷却能力が高くないと判断して、トルク指令値に対して所定の制限を施してその制限を施した後のトルク指令値に基づいて駆動指示や回生指示をインバータに出力する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、インバータ回路内の電流制御用素子を冷却するブロワファンの故障を検知した場合に、トルク指令値を制限する技術が開示されている。

加えて、特許文献４には、インバータの半導体素子の温度が高温状態にあり、その温度の時間変化率が大きいときは、トルク指令値を制限する技術が開示されている。

特開２００３−２７４５０９号公報 特開２００６−１４９０６４号公報 特開平６−９８４０４号公報 特開平１０−２１０７９０号公報

ところで、冷却水を循環路に循環させるポンプなどの冷却系統は、ポンプの故障やエア噛み、ラジエータや冷却水の循環路内の目詰まりなどで冷却水の流量が減少する可能性がある。このように冷却水の流量が減少すると、冷却効率が低下する。

しかし、上記の各特許文献に記載の技術などでは、冷却系統の不具合により冷却水の流量が減少した際の冷却効率の低下に対する対処については考慮されていない。

本発明は、冷却系統を含む車両駆動システムにおいて、冷却水の流量の減少により車両駆動システムが過熱されることを防止することを目的とする。

本発明に係る出力トルク制御装置は、回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を算出する出力トルク指令値算出部と、前記回転電機駆動システムを冷却するための流体の循環路における流量が所定の規定流量を満たさない場合に、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限する出力トルク制限部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る出力トルク制御装置の１つの態様では、前記出力トルク制限部は、前記流体を循環させるポンプの回転数が所定の規定回転数を満たさない場合に、前記ポンプの流体の流量が所定の規定流量を満たさないと判断し、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限することを特徴とする。

本発明に係る出力トルク制御装置の１つの態様では、前記出力トルク制限部は、前記ポンプの回転数に応じて予め定められた係数に基づいて、前記出力トルク指令値算出部により算出された出力トルク指令値を低減することで、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限することを特徴とする。

本発明に係る車両駆動システムは、回転電機駆動システムと、ポンプを備え、前記ポンプが流体を循環させることで前記回転電機駆動システムを冷却する冷却装置と、前記ポンプにより循環される流体の流量が所定の規定流量を満たさない場合に、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限する出力トルク制限部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両駆動システムの１つの態様では、前記出力トルク制限部は、前記ポンプの回転数が所定の規定回転数を満たさない場合に、前記ポンプの流体の流量が所定の規定流量を満たさないと判断して、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限することを特徴とする。

本発明に係る車両駆動システムの１つの態様では、前記回転電機駆動システムに対する、要求トルクに応じた出力トルク指令値を算出する出力トルク指令値算出部を備え、前記出力トルク制限部は、前記ポンプの回転数に応じて予め定められた係数に基づいて、前記要求トルクに応じた出力トルク指令値を低減することで、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限することを特徴とする。

本発明に係る車両は、上記に記載のいずれかの車両駆動システムを備えることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機駆動システムを冷却するための流体の流量に応じて出力トルク指令値を制限する。よって、冷却系統の不具合により流体の流量が減少することで冷却効率が低下し、車両駆動システムが過熱されることを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態と称す）について、以下図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る車両駆動システムの概略ブロック図である。図１において、車両駆動システム１００は、回転電機駆動システムとして、バッテリＢと、昇圧コンバータ１０と、インバータ２０，３０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２とを備え、さらに、車両駆動システム１００は、駆動源としてエンジンＥＧＮを備える。なお、本実施形態では、回転電機駆動システムとして、インバータとモータジェネレータをそれぞれ２つずつ備える例について説明するが、インバータやモータジェネレータの数は２つに限らず、１つでもあってもよいし、あるいは３つ以上であってもよい。

車両駆動システム１００は、例えばハイブリッド電気自動車に搭載される。モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＧＮによって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン始動を行いうる電動機としても動作する。また、モータジェネレータＭＧ２は、ハイブリッド電気自動車の駆動輪を駆動する電動機として動作する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば、３相交流同期電動機からなる。モータジェネレータＭＧ１は、エンジンＥＧＮからの回転力を用いて交流電圧を発生させ、その発生した交流電圧をインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータＭＧ１は、インバータ２０から受ける交流電圧によって駆動力を発生し、エンジンＥＧＮの始動を行う。モータジェネレータＭＧ２は、インバータ３０から受ける交流電圧によって車両の駆動トルクを発生させる。また、モータジェネレータＭＧ２は、回生制動時に交流電圧を発生させてインバータ３０へ出力する。

直流電源であるバッテリＢは、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池からなる。なお、バッテリＢは、燃料電池やキャパシタであってもよい。バッテリＢは、発生した直流電圧を昇圧コンバータ１０へ出力し、また、昇圧コンバータ１０から出力される直流電圧によって充電される。

インバータ２０，３０には、複数のスイッチング素子が設けられる。スイッチング素子は、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＭＯＳ−ＦＥＴなどの半導体素子である。インバータ２０，３０は制御装置６０によって制御される。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するバッテリＢおよび昇圧コンバータ１０への影響を低減する。コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２と接地ラインＳＬとの間に接続され、電圧変動に起因するインバータ２０，３０および昇圧コンバータ１０への影響を低減する。

昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣに基づいて、バッテリＢからの直流電圧を昇圧し、電源ラインＰＬ２へ出力する。また、昇圧コンバータ１０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＣに基づいて、電源ラインＰＬ２を介してインバータ２０，３０から受ける直流電圧をバッテリＢの電圧レベルに降圧してバッテリＢを充電する。

インバータ２０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて、電源ラインＰＬ２の電圧Ｖｍを交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ１へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ１は、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ２０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ１に基づいて、モータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電圧を直流電圧に変換し、その変換した交流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

インバータ３０は、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける電圧Ｖｍを交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧ２へ出力する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、所望のトルクを発生するように駆動される。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧ２の回生制動時、制御装置６０からの制御信号ＰＷＭ２に基づいて、モータジェネレータＭＧ２から出力される交流電圧を交流電圧に変換し、その変換した直流電圧を電源ラインＰＬ２へ出力する。

電流センサ７０は、モータジェネレータＭＧ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置６０へ出力する。電流センサ７２は、モータジェネレータＭＧ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置６０へ出力する。

制御装置６０は、出力トルク制御装置８０からモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対するトルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を受け、図示しない外部ＥＣＵからモータ回転数ＭＲＮ１，ＭＲＮ２を受ける。また、制御装置６０は、電圧センサ７６からバッテリＢの電圧として直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサ７８から昇圧コンバータ１０の出力電圧Ｖｍ（すなわち、インバータ２０，３０への入力電圧）を受ける。さらに、制御装置６０は、電流センサ７０からモータ電流ＭＣＲＴ１を受け、電流センサ７２からモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。

制御装置６０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１およびモータ電流ＭＣＲＴ１に基づいて、インバータ２０がモータジェネレータＭＧ１を駆動するときにインバータ２０のスイッチング素子を制御するための制御信号ＰＷＭ１を生成し、その生成した信号ＰＭＷ１をインバータ２０へ出力する。

また、制御装置６０は、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ２およびモータ電流ＭＣＲＴ２に基づいて、インバータ３０がモータジェネレータＭＧ２を駆動するときにインバータ３０のスイッチング素子を制御するための制御信号ＰＷＭ２を生成し、その生成した信号ＰＭＷ２をインバータ３０へ出力する。

さらに、制御装置６０は、インバータ２０（またはインバータ３０）がモータジェネレータＭＧ１（またはモータジェネレータＭＧ２）を駆動するとき、直流電圧Ｖｂ、出力電圧Ｖｍ、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）、モータ回転数ＭＲＮ１（またはＭＲＮ２）に基づいて、昇圧コンバータ１０のスイッチング素子を制御するための制御信号ＰＷＣを生成し、昇圧コンバータ１０へ出力する。

図２は、図１に示した車両駆動システム１００に適用される冷却装置を説明するための図である。

図２において、車両駆動システムは、冷却装置として、インバータ２０を冷却するために流体である冷却水の循環路４０と、当該冷却水を循環させるウォータポンプ４２と、冷却水の熱を放出させ冷却するためのラジエータ４４と、インバータ２０を通る冷却水の温度を検出する液温センサ４６とを備える。液温センサ４６は、インバータ２０が備えるスイッチング素子などの各モジュールが発生させる熱による影響を受けにくい場所に設けられる。液温センサ４６は、循環路４０において、インバータ２０付近ではなく、例えばラジエータ４４からの冷却水の出口付近に設けてもよい。制御装置６０は、液温センサ４６が検出した冷却液温Ｔｗを取得する。

制御装置６０は、ウォータポンプ４２に対して回転数指令値ＤＲを送信する。回転数指令値ＤＲは、通常、予め設定された一定の値である。制御装置６０は、冷却液温Ｔｗに応じた回転数指令値ＤＲを送信してもよい。例えば、冷却水の温度範囲を低温、中温、および高温の３つの範囲に分けて、各温度範囲に対応する回転数指令値ＤＲを予め設定しておき、検出された冷却液温Ｔｗに対応する温度範囲に対して設定された回転数指令値ＤＲをウォータポンプ４２に送信するようにしてもよい。

なお、図２に示すような冷却装置が、昇圧コンバータ１０、インバータ３０、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２などに対しても設けられる。冷却装置は、インバータ２０など各冷却対象のモジュールごとに設けてもよいし、複数の冷却対象のモジュールを１つの冷却装置により冷却してもよい。

図３は、出力トルク制御装置８０の機能ブロック図である。なお、出力トルク制御装置８０を構成する各モジュールは、例えばＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ハードディスク装置等の記憶装置（以下、単に記憶装置と称す）に記憶されたプログラムを中央処理装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））が実行することで機能する。また、本実施形態では、出力トルク制御装置８０を、制御装置６０とは別に設ける例を説明するが、出力トルク制御装置８０は、制御装置６０に組み込んでもよい。つまり、出力トルク制御装置８０と制御装置６０とを１つの装置として構成してもよい。また、出力制御装置８０を構成する各モジュールのうち、いつくかのモジュールのみ、例えば後述する出力トルク制限部９０のみを制御装置６０に組み込んでもよい。

図３において、車速算出部８２は、駆動輪の車軸に設けられた回転数センサなどから取得した回転数の信号に基づいて車両の車速を算出する。アクセル開度算出部８４は、アクセルセンサなどから取得したアクセルペダルの踏込量の信号に基づいてアクセル開度を算出する。レンジ位置取得部８６は、シフトレバーなどを運転者が操作することによって選択されたレンジの位置を取得する。出力トルク指令値算出部８８は、車速Ｖ、アクセル開度ＡＰ、レンチの位置ＲＰに基づいて、例えば、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２ごと、およびレンジの位置ごとに予め用意された図４に示すような参照マップを参照して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対する基本の出力トルク指令値ＴＲｏ１，ＴＲｏ２を算出する。さらに出力トルク指令値算出部８８は、後述の出力トルク制限部９０から出力される係数α（０＜α≦１）を基本の出力トルク指令値ＴＲｏ１，ＴＲｏ２に乗算して、出力トルク指令値ＴＲ１，ＴＲ２を算出し、制御装置６０に出力する。

出力トルク制限部９０は、ウォータポンプ４２からウォータポンプ４２の実回転数Ｒを例えばウォータポンプ４２を駆動するモータの回転数を検出する回転数センサから取得する。さらに、出力トルク制限部９０は、図５に示すような実回転数と係数αとを対応付ける参照マップを参照して、取得した実回転数Ｒに対応する係数αを特定し、その係数αを出力トルク指令値算出部８８に出力する。なお、図５では、実回転数Ｒが所定の規定範囲以内の場合の係数と、実回転数Ｒが所定の規定範囲に含まれない場合の係数の２つのみ設定する場合の一例である。しかし、例えば、図６に示すような参照マップを用意して、実回転数Ｒが所定の規定範囲に含まれない場合には、実回転数Ｒの大きさに応じて係数αをリニアに設定してもよい。

従来は、例えば、出力トルク制御装置は、冷却液温Ｔｗやインバータのスイッチング素子の素子温度Ｔｅに応じて出力トルク指令値を制限していた。より具体的には、出力トルク制御装置は、図７Ａの実線２００に示すように、冷却液温Ｔｗもしくは素子温度Ｔｅが所定の閾温度を超えた場合に、出力トルク指令値を低減していた。一方、本実施形態では、冷却液温Ｔｗもしくは素子温度Ｔｅに対する制限に加えて、さらに、ウォータポンプの実回転数Ｒが所定の規定範囲に含まれない場合には、実回転数Ｒに応じた制限を出力トルク指令値に加えている。つまり、本実施形態では、出力トルク制御装置８０は、例えばウォータポンプ４２の実回転数Ｒが所定の規定範囲に含まれる場合には、図７Ｂの実線２１０に示すように、出力トルク指令値を出力し、ウォータポンプ４２の実回転数Ｒが所定の規定範囲に含まれない場合には、図７Ｂの破線２１２に示すように、実回転数Ｒに応じて定められる係数αに基づいて、出力トルク指令値を低減して出力する。

本実施形態によれば、冷却水の流量が減少したことを検知したことに対応して、出力トルク指令値を制限する。例えば、ポンプの故障やエア噛み、ラジエータや冷却水の循環路内の目詰まりなどにより冷却装置の冷却効率が低減した場合にも、本実施形態によれば、即座に出力トルク指令値が制限される。よって、回転電機駆動システムの過熱を低減することができる。さらに言えば、本実施形態によれば、冷却液温Ｔｗもしくは素子温度Ｔｅが閾温度を超える前に出力トルク指令値に対して制限を加えることができる。よって、冷却液温Ｔｗもしくは素子温度Ｔｅのみをパラメータとして出力トルク指令値に対して制限する場合に比べて、回転電機駆動システムの過熱をより確実にかつ迅速に防止することができる。また、本実施形態によれば、回転電機駆動システムの過熱をより確実にかつ迅速に防止することができるため、例えばインバータの耐熱構造を簡素化できる。よって、インバータを小型化、軽量化することができ、作業工数や製造コストを削減することができる。

本実施形態に係る車両駆動システムの概略ブロック図である。 本実施形態に係る車両駆動システムに適用される冷却装置を説明するための図である。 出力トルク制御装置の機能ブロック図である。 基本出力トルク指令値を算出する際に出力トルク制御装置により参照される参照マップの一例を示す図である。 ウォータポンプの回転数に応じた係数を求める際に出力トルク制御装置により参照される参照マップの一例を示す図である。 ウォータポンプの回転数に応じた係数を求める際に出力トルク制御装置により参照される参照マップの一例を示す図である。 従来における出力トルク指令値の制限について説明するための図である。 本実施形態における出力トルク指令値の制限について説明するための図である。

符号の説明

１０ 昇圧コンバータ、２０，３０ インバータ、４０ 循環路、４２ ウォータポンプ、４４ ラジエータ、４６ 液温センサ、６０ 制御装置、７０，７２ 電流センサ、７６，７８ 電圧センサ、８０ 出力トルク制御装置、８２ 車速算出部、８４ アクセル開度算出部、８６ レンジ位置取得部、８８ 出力トルク指令値算出部、９０ 出力トルク制限部、１００ 車両駆動システム、Ｂ バッテリ、Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ、ＥＧＮ エンジン、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (7)

1. 回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を算出する出力トルク指令値算出部と、
   前記回転電機駆動システムを冷却するための流体の循環路における流量が所定の規定流量を満たさない場合に、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限する出力トルク制限部と、
   を備える出力トルク制御装置。
2. 請求項１に記載の出力トルク制御装置において、
   前記出力トルク制限部は、
   前記流体を循環させるポンプの回転数が所定の規定回転数を満たさない場合に、前記ポンプの流体の流量が所定の規定流量を満たさないと判断し、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限する、
   ことを特徴とする出力トルク制御装置。
3. 請求項２に記載の出力トルク制御装置において、
   前記出力トルク制限部は、
   前記ポンプの回転数に応じて予め定められた係数に基づいて、前記出力トルク指令値算出部により算出された出力トルク指令値を低減することで、前記回転電機駆動システムに対する前記出力トルク指令値を制限する、
   ことを特徴とする出力トルク制御装置。
4. 回転電機駆動システムと、
   ポンプを備え、前記ポンプが流体を循環させることで前記回転電機駆動システムを冷却する冷却装置と、
   前記ポンプにより循環される流体の流量が所定の規定流量を満たさない場合に、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限する出力トルク制限部と、
   を備える車両駆動システム。
5. 請求項４に記載の車両駆動システムにおいて、
   前記出力トルク制限部は、
   前記ポンプの回転数が所定の規定回転数を満たさない場合に、前記ポンプの流体の流量が所定の規定流量を満たさないと判断して、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限する、
   ことを特徴とする車両駆動システム。
6. 請求項５に記載の車両駆動システムにおいて、
   前記回転電機駆動システムに対する、要求トルクに応じた出力トルク指令値を算出する出力トルク指令値算出部を備え、
   前記出力トルク制限部は、
   前記ポンプの回転数に応じて予め定められた係数に基づいて、前記要求トルクに応じた出力トルク指令値を低減することで、前記回転電機駆動システムに対する出力トルク指令値を制限する、
   ことを特徴とする車両駆動システム。
7. 請求項４乃至６のいずれか１つに記載の車両駆動システムを備える車両。

Images