JP2010063237A

JP2010063237A - 車両の制御装置および車両の制御方法

Info

Publication number: JP2010063237A
Application number: JP2008224898A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Degaki; 貴章出垣; Sakaki Okamura; 賢樹岡村; Naoyoshi Takamatsu; 直義高松
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP5077152B2

Abstract

【課題】インバータのスイッチング素子の過熱を防止しつつ、ヒルホールド時の停止維持を実現する車両の制御装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の温度を検出する温度センサ３１〜３６と、温度センサ３１〜３６の出力に応じてスイッチング素子を保護するためにモータＭ１の出力トルクを制限するように制御を行なう制御部３０とを備える。制御部３０は、車両が傾斜路上に停止中であると判断し、かつスイッチング素子の温度の上昇に伴いモータの出力トルクを制限している場合には、モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ４４を作動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の制御装置および車両の制御方法に関し、特に、走行にモータを使用する車両の制御装置および車両の制御方法に関する。

近年、走行にモータを使用する電気自動車やハイブリッド自動車などが、環境保護の観点などから注目を浴びている。

特開２００５−５１８３４号公報（特許文献１）は、登り勾配でのスリップ発生時に車両のずり下がりの車速を調整する技術を開示する。

この技術では、登り勾配で駆動輪の空転によるスリップが発生して、駆動輪に接続された駆動軸に要求されるモータトルクＴｍ＊が制限されている最中に、車両のずり下がりが検出されたときにはブレーキトルクを作用させる。すなわち、車両の加速度と駆動軸に出力したトルクとの関係から導かれる路面勾配に相当するつり合いトルクに対して制限時モータトルクでは不足するトルクに逆方向の車速に応じた比率（反映率）を乗じることにより車両のずり下がりの車速が所定車速となるようにブレーキトルクＴｂ＊を設定し、駆動輪とは異なる非駆動輪に取り付けられた油圧ブレーキによりブレーキトルクを作用させる。この結果、モータトルクの制限によって勾配をずり下がる車両の車速を調整できる。
特開２００５−５１８３４号公報特開２００６−２１１８８６号公報特開２００６−１７２２９号公報特開２００６−１０１６４６号公報

登り勾配を有する傾斜路では、渋滞が発生するとモータによって駆動輪を回転させる車両に対して厳しい条件が発生する。登り坂での渋滞のように前進と停止を繰返すような状況では、運転者によっては、ブレーキを踏まずにアクセルを調整して、モータが発生する前進トルクを車両重量により後退方向に発生するトルクと釣り合わせて、停止状態を保とうとする場合（以下、ヒルホールドと呼ぶ）がある。このような場合、モータを駆動するインバータは、たとえば３相コイルのうちの１相に電流を流しつづけるような制御を行なう。すると、インバータの複数相のスイッチング素子のうち、特定のスイッチング素子のみ過熱してしまうという状態が生じる。

インバータは、モータが回転している通常走行時は電流を流す相を頻繁に切り替えているので特定の相に集中して電流が流れることは無い。これに対し、モータが回転せずにトルクを出している状態は、特定の相に電流が集中するので、インバータの動作条件としては過酷なものである。しかし、このような過酷な条件に合せてインバータを設計するとコストが高くなるので、トルク出力を制限することが行なわれている。

しかしながら、特開２００５−５１８３４号公報で開示された技術は、登り勾配での低摩擦路面などでのスリップ発生時に適用されるものである。スリップ発生時は、モータが回転している状態である。したがって、ヒルホールドのようなモータが停止に近い状況での制御については、改善の余地がある。

この発明の目的は、インバータのスイッチング素子の過熱を防止しつつ、ヒルホールド時の停止維持を実現する車両の制御装置および車両の制御方法を提供することである。

この発明は、要約すると、走行にモータを使用する車両の制御装置であって、車両は、モータの駆動軸にブレーキをかけるブレーキ装置と、モータに流す電流を制御するスイッチング素子を含むインバータとを含む。制御装置は、スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、温度センサの出力に応じてスイッチング素子を保護するためにモータの出力トルクを制限するように制御を行なう制御部とを備える。制御部は、ブレーキ装置が非作動中に車両が傾斜路上に停止中であると判断し、かつスイッチング素子の温度の上昇に伴いモータの出力トルクを制限している場合には、モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置を作動させる。

好ましくは、制御装置は、モータの回転速度を検出するための回転センサをさらに備える。制御部は、モータが第１のしきい値より大きいトルクを出力中であるにも拘わらず、モータの回転速度の大きさが第２のしきい値より小さい場合に、車両が傾斜路上に停止中であると判断する。

好ましくは、制御部は、モータの出力トルクを制限している場合に運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置を作動させるときには、出力トルクの制限度合いに応じてブレーキ装置が駆動軸に与えるブレーキトルクを調整する。

より好ましくは、制御部は、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置を作動させた後に、モータの回転速度が第３のしきい値よりもモータが発生するトルク方向に増加したことを検出した場合には、ブレーキ装置の作動を解除する。

この発明は、他の局面では、走行にモータを使用する車両の制御方法である。車両は、モータの駆動軸にブレーキをかけるブレーキ装置と、モータに流す電流を制御するスイッチング素子を含むインバータと、スイッチング素子の温度を検出する温度センサとを含む。制御方法は、ブレーキ装置が非作動中に車両が傾斜路上に停止中であるという第１の車両状態を検出するステップと、スイッチング素子の温度の上昇に伴いモータの出力トルクを制限しているという第２の車両状態を検出するステップと、第１、第２の車両状態が共に検出された場合には、モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置を作動させるステップとを備える。

この発明によれば、インバータのスイッチング素子の過熱を防止しつつ、ヒルホールド時の停止維持が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［車両の全体構成］
図１は、本発明の車両の制御装置を搭載する車両１００の構成を示した回路図である。

図１を参照して、車両１００は、バッテリＢと、電圧センサ１０と、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２と、コンデンサＣ１と、電圧変換部２０と、インバータ１４と、電流センサ２４と、モータＭ１と、車輪ＷＨと、ブレーキ装置と、制御装置とを備える。ブレーキ装置は、ブレーキ油圧制御部４２と、ブレーキ４４とを含む。制御装置は、制御ユニット３０と、温度センサ３１〜３６と、レゾルバ４６とを含む。

バッテリＢは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池である。電圧センサ１０は、バッテリＢから出力される直流電圧値ＶＢを検出し、検出した直流電圧値ＶＢを制御ユニット３０へ出力する。システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、制御ユニット３０からの信号ＳＥによりオン／オフされる。より具体的には、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２は、Ｈ（論理ハイ）レベルの信号ＳＥによりオンされ、Ｌ（論理ロー）レベルの信号ＳＥによりオフされる。コンデンサＣ１は、システムメインリレーＳＲ１，ＳＲ２オン時において、バッテリＢの端子間電圧を平滑化する。

電圧変換部２０は、電圧センサ２１と、電流センサ１１と、昇圧コンバータ１２と、コンデンサＣ２と、電圧センサ１３とを含む。

電流センサ１１は、バッテリＢと昇圧コンバータ１２との間に流れる直流電流を検出し、その検出した電流を直流電流値ＩＢとして制御ユニット３０へ出力する。

昇圧コンバータ１２は、一方端がシステムメインリレーＳＲ１を介してバッテリＢの正極と接続されるリアクトルＬ１と、電圧ＶＨを出力する昇圧コンバータ１２の出力端子間に直列に接続されるＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２と、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。

リアクトルＬ１の他方端はＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタおよびＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタに接続される。ダイオードＤ１のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のコレクタと接続され、ダイオードＤ１のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ１のエミッタと接続される。ダイオードＤ２のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のコレクタと接続され、ダイオードＤ２のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ２のエミッタと接続される。

電圧センサ２１は昇圧コンバータ１２の入力側の電圧を電圧値ＶＬとして検知する。電流センサ１１はリアクトルＬ１に流れる電流を電流値ＩＢとして検知する。コンデンサＣ２は昇圧コンバータ１２の出力側に接続され昇圧コンバータ１２から送られたエネルギを蓄積するとともに、電圧の平滑化を行なう。電圧センサ１３は、昇圧コンバータ１２の出力側の電圧すなわちコンデンサＣ２の電極間の電圧を電圧値ＶＨとして検知する。

インバータ１４は、昇圧コンバータ１２から昇圧電位を受けて交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ１４は、回生制動に伴い交流モータＭ１において発電された電力を昇圧コンバータ１２に戻す。このとき昇圧コンバータ１２は、降圧回路として動作するように制御ユニット３０によって制御される。

交流モータＭ１は、車両１００の車輪ＷＨを駆動するためのトルクを発生するためのモータである。このモータは、たとえば、エンジンによって駆動される発電機の機能を持ち、かつ、エンジンに対して電動機として動作しエンジンの始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組込まれるものであってもよい。

インバータ１４は、Ｕ相アーム１５と、Ｖ相アーム１６と、Ｗ相アーム１７とを含む。Ｕ相アーム１５、Ｖ相アーム１６、およびＷ相アーム１７は、昇圧コンバータ１２の出力ライン間に並列に接続される。

Ｕ相アーム１５は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４と、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ３，Ｄ４とを含む。ダイオードＤ３のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のコレクタと接続され、ダイオードＤ３のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ３のエミッタと接続される。ダイオードＤ４のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のコレクタと接続され、ダイオードＤ４のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ４のエミッタと接続される。

Ｖ相アーム１６は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６と、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ５，Ｄ６とを含む。ダイオードＤ５のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のコレクタと接続され、ダイオードＤ５のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ５のエミッタと接続される。ダイオードＤ６のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のコレクタと接続され、ダイオードＤ６のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ６のエミッタと接続される。

Ｗ相アーム１７は、直列接続されたＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８と、ＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８とそれぞれ並列に接続されるダイオードＤ７，Ｄ８とを含む。ダイオードＤ７のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のコレクタと接続され、ダイオードＤ７のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ７のエミッタと接続される。ダイオードＤ８のカソードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のコレクタと接続され、ダイオードＤ８のアノードはＩＧＢＴ素子Ｑ８のエミッタと接続される。

各相アームの中間点は、交流モータＭ１の各相コイルの各相端に接続されている。すなわち、交流モータＭ１は、三相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルは各々一方端が中点に共に接続されている。そして、Ｕ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４の接続ノードに接続される。またＶ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６の接続ノードに接続される。またＷ相コイルの他方端がＩＧＢＴ素子Ｑ７，Ｑ８の接続ノードに接続される。

電流センサ２４は、交流モータＭ１に流れる電流をモータ電流値ＭＣＲＴ１として検出し、モータ電流値ＭＣＲＴ１を制御ユニット３０へ出力する。

制御ユニット３０は、トルク指令値ＴＲ１、モータ回転数ＭＲＮ１、電圧値ＶＢ，ＶＬ，ＶＨ、電流値ＩＢ、モータ電流値ＭＣＲＴ１および温度測定値Ｔを受ける。そして制御ユニット３０は、電圧変換部２０に対して昇圧指示ＰＷＵおよび降圧指示ＰＷＤを出力する。さらに、制御ユニット３０は、インバータ１４に対して、昇圧コンバータ１２の出力である直流電圧をモータＭ１を駆動するための交流電圧に変換する駆動指示ＰＷＭＩ１とモータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータ１２側に戻す回生指示ＰＷＭＣ１とを出力する。

次に、電圧変換部２０の動作について簡単に説明する。電圧変換部２０中の昇圧コンバータ１２は、力行運転時にはバッテリＢからの電力をインバータ１４に供給する順方向変換回路としての昇圧回路として動作する。逆に、回生運転時には、昇圧コンバータ１２は、バッテリＢにモータＭ１で発電された電力を回生する逆方向変換回路としての降圧回路としても動作する。

昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ２のオンとオフとを行なうことにより、昇圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ２がオンの状態においては、バッテリＢの正極からリアクトルＬ１、ＩＧＢＴ素子Ｑ２を経由してバッテリＢの負極に電流が流れる経路が形成される。この電流が流れている間に、リアクトルＬ１にエネルギが蓄積される。

そして、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフ状態にすると、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギはダイオードＤ１を介してインバータ１４側に流れる。これによりコンデンサＣ２の電極間の電圧が増大する。したがって、インバータ１４に与えられる昇圧コンバータ１２の出力電圧は昇圧される。

一方、昇圧コンバータ１２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ２をオフにした状態で、ＩＧＢＴ素子Ｑ１のオンとオフとを行なうことにより降圧回路として動作する。すなわち、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオンの状態においては、インバータ１４から回生される電流は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１、リアクトル、バッテリＢへと流れる。

また、ＩＧＢＴ素子Ｑ１がオフの状態においては、リアクトルＬ１、バッテリＢおよびダイオードＤ２からなるループが形成され、リアクトルＬ１に蓄積されたエネルギがバッテリＢに回生される。この逆方向変換においては、インバータ１４が電力を供給する時間よりも、バッテリＢが電力を受ける時間の方が長くなり、インバータ１４における電圧は降圧されてバッテリＢに回生される。電圧変換部２０の動作は、以上の力行動作と回生動作とを適切に制御することで行なわれる。

なお、回生制御には、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動が含まれる。また、フットブレーキを操作しない場合であっても、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速させたりまたは加速を中止させたりするときが含まれる。

制御ユニット３０は、モータ回転数とモータＭ１に要求されるトルクとに応じてスイッチング周波数すなわちキャリア周波数ｆｃを選択してインバータ１４を制御する。

インバータ１４は、車両の推進力を得るためのトルクを発生させるモータＭ１を駆動する。制御ユニット３０は、インバータ１４に含まれるスイッチング素子であるＩＧＢＴ素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング周波数であるキャリア周波数ｆｃに応じた制限値を用いてスイッチング素子の温度Ｔに応じた制限運転をインバータ１４に行なわせる。

制御ユニット３０は、温度測定値Ｔが高くなると、それ以上インバータ１４の温度が上昇しないようにインバータに対しトルク制限を行なう。このトルク制限の制限値は、後に図３に示すように、温度およびインバータのキャリア周波数ｆｃに応じて定められる。

登り坂での渋滞のように前進と停止を繰返すような状況では、運転者によっては、ブレーキを踏まずにアクセルを調整してモータが発生する前進トルクを車両重量により後退方向に発生するトルクと釣り合わせて停止状態を保とうとする場合（以下、ヒルホールドと呼ぶ）がある。ヒルホールド時に、制御ユニット３０は、ブレーキを適宜使用することによりインバータのスイッチング素子の過熱を防止しつつ車両が後退しないようにする。

［実施の形態１］
図２は、実施の形態１におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図２を参照して、まずステップＳ１０において制御ユニット３０は、車両がヒルホールド状態であるか否かを判断する。たとえば、ドライバがアクセルペダルを踏んでおり、モータがトルクを出力しているにもかかわらず、車両の速度がゼロに近い所定のしきい値を超えなければ、車両がヒルホールド状態であると判断する。このとき、ブレーキペダルが踏まれていないことも条件に含めても良い。またモータのトルクは、モータに流れる電流で検出するようにしても良い。

ステップＳ１０において、車両がヒルホールド状態であると判断した場合には、ステップＳ１１に処理が進む。ステップＳ１１では、制御ユニット３０は、予めメモリ等に記憶されていたマップからトルク制限値ＴＭＡＸの読込を行なう。

図３は、トルク制限値ＴＭＡＸのマップの一例を示した図である。
図３を参照して、横軸が図１の温度センサ３１〜３６が測定するインバータのスイッチング素子の温度Ｔ１〜Ｔ６であり、縦軸はモータＭ１の駆動の条件となるトルク制限値である。

インバータのキャリア周波数ｆｃは、モータ回転速度および出力トルクに基づいて変更される。キャリア周波数ｆｃが異なると、インバータの発熱も変わる。図３に示されるように、トルク制限値は、キャリア周波数ｆｃに対応するスイッチング素子の温度ごとに予め定められている。

まずキャリア周波数ｆｃ＝１．２５ｋＨｚの場合には、実際の運転中にはトルク制限は行なわれず、すべての温度範囲において１００％の所定のトルクがリミット値として選択されている。

キャリア周波数ｆｃ＝２．５ｋＨｚの場合には、インバータ温度がＴＢ以上となると温度が高くなるにつれより多くのトルク制限が課され、制限値としては小さな値になっていく。

またキャリア周波数ｆｃが５ｋＨｚの場合にはインバータ温度は温度ＴＢよりさらに低いＴＡより上昇すると温度が上昇するにつれトルク制限値が小さな値に制限されてしまう。

たとえば、初期の温度が６５℃であった場合にキャリア周波数ｆｃ＝１．２５ｋＨｚの場合とｆｃ＝２．５ｋＨｚの場合はこのまま運転を続けても温度はスイッチング素子の破壊を招く温度である１１０℃までは上昇しないのでこのまま運転することができる。

一方、キャリア周波数ｆｃ＝５ｋＨｚの場合には、スイッチング周波数が高い分スイッチング損失が大きくこれが熱に変わるので初期に同じ６５℃であっても所定時間経過後には１１０℃を超えてしまう恐れがある。このため図３においてインバータ温度が６５℃の場合にはキャリア周波数ｆｃ＝５ｋＨｚの場合のみトルク制限値が小さく設定される。逆に言えば６５℃の場合にはキャリア周波数が低い状態で運転を行なっているときには要求トルクがトルク制限値に制限されないで走行することができる。

したがって可能な限り要求トルクを発生しつつかつインバータ素子の保護を図ることができる。

なお、本実施の形態においては、キャリア周波数の設定はモータ回転数に基づくものとしたが、車速に基づいてキャリア周波数を設定しても良い。

再び、図１、図２を参照して、ステップＳ１１でトルク制限値ＴＭＡＸのマップからの読込が完了したら、続いてステップＳ１２に処理が進む。ステップＳ１２では、トルク制限値ＴＭＡＸが１００（％）よりも小さいか、すなわちトルク制限がかかっているか否かが判断される。トルク制限がかかっている場合には、ステップＳ１２からステップＳ１３に処理が進む。

ステップＳ１３では、モータが出力するトルクよりも車両が重さで坂を下る方向のトルクが大きくなり車両が坂をずり落ちる恐れがあるので、制御ユニット３０は、ブレーキ油圧制御部４２に対してブレーキ油圧ＰＢを増加させる。ブレーキ油圧ＰＢの増加により、ブレーキ４４が作動し、車輪の駆動軸にブレーキトルクＴｒＢが働き車両が後退して坂を下ってしまうことを防止できる。

一方、ステップＳ１０で車両がヒルホールド状態でないと判断された場合や、ステップＳ１２でＴＭＡＸ＝１００％であった場合すなわちトルク制限が課されていなかった場合には、ブレーキを作動させる必要が無い。したがって、ステップＳ１４に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

図４は、実施の形態１の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。
図４を参照して、横軸に時間が示され、縦軸には上段にインバータのスイッチング素子の素子温度Ｔ１〜Ｔ６が示され、下段にはモータトルクＴｒＭおよびブレーキトルクＴｒＢが示されている。

運転者がアクセルペダルを調節して車両をヒルホールド状態に維持することにより、素子温度Ｔ１〜Ｔ６のいずれかが図４に示すように時刻ｔ１前に上昇し、時刻ｔ１においてトルク制限をかける温度Ｔ０（図３のマップによって定められている）に到達する。

すると、制御ユニット３０は、モータトルクの制限を開始し、モータのトルクを低減させる。モータのトルクが制限中である場合には、図２のフローチャートにおいてステップＳ１３が実行されるので、時刻ｔ１以降ブレーキトルクＴｒＢは所定値に設定される。

具体的には、制御ユニット３０は、素子温度Ｔ１〜Ｔ６を温度センサ３１〜３６から受けてマップから対応するトルク制限値を読み出す。トルク制限が実行される場合には、制御ユニット３０は、ブレーキトルクＴｒＢを所定値（路面勾配に相当する釣り合いトルクＴｒ０よりも十分に大きいトルク）に設定する。時刻ｔ１〜ｔ２では、素子温度が上昇しているので、図３のマップから読み出されるトルク制限値がモータトルクをより制限するように変化する。

時刻ｔ２〜ｔ３では、トルク制限の結果電流が減少し、少し遅れてスイッチング素子の温度が下降する。すると、マップから読み出されるトルク制限値ＴＭＡＸも変化するので、モータトルクＴｒＭは増加する。

時刻ｔ４以降は、時刻ｔ１〜ｔ２で示されるような素子温度の上昇とモータトルクの減少する期間と、時刻ｔ２〜ｔ３で示されるような素子温度の下降とモータトルクの増加する期間とが繰返される。

以上説明したように、実施の形態１では、ヒルホールド状態において、トルク制限が行なわれると、ブレーキが作動するように制御が行なわれる。その結果、インバータの保護を図りつつ、車両がずり下がることを防ぐことができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、ブレーキを作動させることによって、車両が坂をずり下がることを防いだ。この場合、確かに車両のずり下がりを防ぐことはできるが、以下のような問題がある。

図５は、車両１００が牽引されている状態を示す図である。
図６は、車両１００が後ろから押されている状態を示す図である。

図５に示すように車両１００が車両２００によって坂道を牽引されている場合や、図６に示すように車両１００が人２１０によって後ろから押される場合、ブレーキを強く作動させると、坂道を登るのが困難になる。

そこで、実施の形態２では、ブレーキの作動の強さを必要最低限に近い強さまで減少させ、車両２００や人２１０から補助する力を受けた場合に車両１００が坂道を登りやすくする。

図７は、実施の形態２におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図７を参照して、まずステップＳ２１において制御ユニット３０は、車両がヒルホールド状態であるか否かを判断する。たとえば、ドライバがアクセルペダルを踏んでおり、モータがトルクを出力しているにもかかわらず、車両の速度がゼロに近い所定のしきい値を超えなければ、車両がヒルホールド状態であると判断する。このとき、ブレーキペダルが踏まれていないことも条件に含めても良い。またモータのトルクは、モータに流れる電流で検出するようにしても良い。

ステップＳ２１において、車両がヒルホールド状態であると判断した場合には、ステップＳ２２に処理が進む。ステップＳ２２では、制御ユニット３０は、予めメモリ等に記憶されていたマップからトルク制限値ＴＭＡＸの読込を行なう。

トルク制限値ＴＭＡＸの読込については、図３で説明した場合と同様であるのでここでは説明は繰返さない。

ステップＳ２２でトルク制限値ＴＭＡＸのマップからの読込が完了したら、続いてステップＳ２３に処理が進む。ステップＳ２３では、トルク制限値ＴＭＡＸが１００（％）よりも小さいか、すなわちトルク制限がかかっているか否かが判断される。トルク制限がかかっている場合には、ステップＳ２３からステップＳ２４に処理が進む。

ステップＳ２４では、モータが出力するトルクよりも車両が重さで坂を下る方向のトルクが大きくなり車両が坂をずり落ちる恐れがあるので、制御ユニット３０は、ブレーキ油圧制御部４２に対してブレーキ油圧ＰＢを増加させる。ブレーキ油圧ＰＢの増加により、ブレーキ４４が作動し、車輪の駆動軸にブレーキトルクＴｒＢが働き車両が後退して坂を下ってしまうことを防止できる。この際に、ブレーキトルクＴｒＢの大きさは次式（１）で決定される。なお、ＴＭＡＸ（％）はマップから得られるトルク制限値を示し、ＴＲ１はアクセルペダル位置などに基づいて決定されるトルク指令値を示す。
ＴｒＢ＝（１００−ＴＭＡＸ）／１００＊ＴＲ１ … （１）
図８は、マスタシリンダ油圧とブレーキトルクＴｒＢとの関係を示した図である。

図８に示すように、ブレーキトルクＴｒＢは、ブレーキ油圧制御部４２からブレーキ４４に与えられるマスタシリンダ油圧ＰＢが増加すると増加する。この関係を予めマップに記憶しておき、式（１）で決定されたブレーキトルクＴｒＢが発生するように、制御ユニット３０は、対応するマスタシリンダ油圧ＰＢをブレーキ４４に供給するようにブレーキ油圧制御部に指令を与える。

すると、過剰なブレーキトルクが発生しなくなり、車両を外力の補助で前進させる場合に前進させやすくなる。

ステップＳ２４の処理が終了すると、ステップＳ２５に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ２１で車両がヒルホールド状態でないと判断された場合や、ステップＳ２３でＴＭＡＸ＝１００％であった場合すなわちトルク制限が課されていなかった場合には、ブレーキを作動させる必要が無い。したがって、ステップＳ２５に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

図９は、実施の形態２の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。
図９を参照して、横軸に時間が示され、縦軸には上段にインバータのスイッチング素子の素子温度Ｔ１〜Ｔ６が示され、下段にはモータトルクＴｒＭおよびブレーキトルクＴｒＢが示されている。

運転者がアクセルペダルを調節して車両をヒルホールド状態に維持することにより、素子温度Ｔ１〜Ｔ６のいずれかが図９に示すように時刻ｔ１前に上昇し、時刻ｔ１においてトルク制限をかける温度Ｔ０（図３のマップによって定められている）に到達する。

すると、制御ユニット３０は、モータトルクの制限を開始し、モータのトルクを低減させる。モータのトルクが制限中である場合には、図２のフローチャートにおいてステップＳ２４が実行されるので、時刻ｔ１以降ブレーキトルクＴｒＢは上述の式（１）に基づいて決定された値に設定される。モータトルクＴｒＭとブレーキトルクＴｒＢの和は、路面勾配に相当する釣り合いトルクＴｒ０となる。

従って、図４に示した場合よりもブレーキトルクＴｒＢが小さくて済むので、図５、図６に示した場合のように外力の補助を受けて車両を前進させやすくなる。

［実施の形態３］
実施の形態２では、ブレーキトルクＴｒＢを実施の形態１よりも小さくすることができた。しかし、ブレーキトルクＴｒＢがゼロではないので、牽引時にはこのブレーキトルクが前進を妨げる。

そこで、実施の形態３では、前進するとブレーキトルクを発生しないように制御を行なう。

図１０は、実施の形態３におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、所定のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図１、図１０を参照して、まずステップＳ３１において制御ユニット３０は、車両がヒルホールド状態であるか否かを判断する。たとえば、ドライバがアクセルペダルを踏んでおり、モータがトルクを出力しているにもかかわらず、車両の速度がゼロに近い所定のしきい値を超えなければ、車両がヒルホールド状態であると判断する。このとき、ブレーキペダルが踏まれていないことも条件に含めても良い。またモータのトルクは、モータに流れる電流で検出するようにしても良い。

ステップＳ３１において、車両がヒルホールド状態であると判断した場合には、ステップＳ３２に処理が進む。ステップＳ３２では、制御ユニット３０は、予めメモリ等に記憶されていたマップからトルク制限値ＴＭＡＸの読込を行なう。

ステップＳ３２でトルク制限値ＴＭＡＸのマップからの読込が完了したら、続いてステップＳ３３に処理が進む。ステップＳ３３では、トルク制限値ＴＭＡＸが１００（％）よりも小さいか、すなわちトルク制限がかかっているか否かが判断される。トルク制限がかかっている場合には、ステップＳ３３からステップＳ３４に処理が進む。

ステップＳ３４では、制御ユニット３０は、レゾルバで検出されたモータ回転速度ＮＭがしきい値Ｎ１以下であるか否かを判断する。ステップＳ３４において、モータ回転速度ＮＭがしきい値Ｎ１よりも小さければヒルホールド状態が続いていると判断し、ステップＳ３５に処理が進む。一方、ステップＳ３４において、モータ回転速度ＮＭがしきい値Ｎ１よりも小さくなければ車両が牽引などの外力によって動き出した状態であると判断し、ステップＳ３６に処理が進む。

なお、車速がモータ回転速度に従って増加する場合には、モータ回転速度に代えて車速に基づいて判断を行なっても良い。

ステップＳ３５では、実施の形態２と同様に式（１）に基づいてブレーキトルクＴｒＢが決定され、式（１）で決定されたブレーキトルクＴｒＢが発生するように、制御ユニット３０は、対応するマスタシリンダ油圧ＰＢをブレーキ４４に供給するようにブレーキ油圧制御部に指令を与える。

一方、ステップＳ３４からステップＳ３６に処理が進んだ場合には、ブレーキトルクＴｒＢがゼロに設定される。すなわちブレーキの作動が解除される。これにより、牽引などの外力で前進を開始した場合にはその後ブレーキによって前進が妨げられることは無い。

ステップＳ３５またはステップＳ３６の処理が終了すると、ステップＳ３７において制御はメインルーチンに移される。

一方、ステップＳ３１で車両がヒルホールド状態でないと判断された場合や、ステップＳ３３でＴＭＡＸ＝１００％であった場合すなわちトルク制限が課されていなかった場合には、ブレーキを作動させる必要が無い。したがって、ステップＳ３７に処理が進み制御はメインルーチンに移される。

図１１は、実施の形態３の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。
図１１を参照して、横軸に時間が示され、縦軸の上段にはインバータのスイッチング素子の素子温度Ｔ１〜Ｔ６が示されている。縦軸の中段にはモータトルクＴｒＭおよびブレーキトルクＴｒＢが示されている。縦軸の下段には、モータ回転速度が示されている。

運転者がアクセルペダルを調節して車両をヒルホールド状態に維持することにより、素子温度Ｔ１〜Ｔ６のいずれかが図１１に示すように時刻ｔ１前に上昇し、時刻ｔ１においてトルク制限をかける温度Ｔ０（図３のマップによって定められている）に到達する。

時刻ｔ３〜ｔ４の間において、図５で示したように車両１００が他の車両２００によって牽引開始される。するとモータ回転速度ＮＭはゼロから増加し、時刻ｔ４にはしきい値Ｎ１を超える。これに応じて、制御ユニット３０は、ブレーキ油圧制御部４２に対してブレーキ４４の作動を解除するように指令を出力する。すると時刻ｔ４以降は、牽引により前進する場合にブレーキトルクＴｒＢが前進を妨げることは無くなる。

最後に、図１等を参照して本願実施の形態について総括する。本実施の形態の車両の制御装置は、走行にモータＭ１を使用する車両の制御装置である。車両１００は、モータＭ１の駆動軸にブレーキをかけるブレーキ装置（４２，４４）と、モータに流す電流を制御するスイッチング素子（Ｑ３〜Ｑ８）を含むインバータ１４とを含む。制御装置は、スイッチング素子（Ｑ３〜Ｑ８）の温度を検出する温度センサ３１〜３６と、温度センサ３１〜３６の出力に応じてスイッチング素子を保護するためにモータＭ１の出力トルクを制限するように制御を行なう制御ユニット３０とを備える。制御ユニット３０は、車両が傾斜路上に停止中であると判断し、かつスイッチング素子の温度の上昇に伴いモータの出力トルクを制限している場合には、モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置（４２，４４）を作動させる。

好ましくは、制御装置は、モータの回転速度を検出するための回転センサ（レゾルバ４６）をさらに備える。制御ユニット３０は、モータＭ１が第１のしきい値より大きいトルクを出力中であるにも拘わらず、モータの回転速度ＮＭの大きさが第２のしきい値より小さい場合に、車両１００が傾斜路上に停止中であると判断する。

好ましくは、制御ユニット３０は、モータの出力トルクを制限している場合に運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置（４２，４４）を作動させるときには、出力トルクの制限度合いに応じてブレーキ装置（４２，４４）が駆動軸に与えるブレーキトルクを調整する。

より好ましくは、制御ユニット３０は、運転者がブレーキペダルを操作していなくてもブレーキ装置（４２，４４）を作動させた後に、モータＭ１の回転速度が第３のしきい値よりもモータが発生するトルク方向に増加したことを検出した場合には、ブレーキ装置（４２，４４）の作動を解除する。

なお、本実施の形態ではモータで車輪を回転させる電気自動車を例に挙げた。しかし本発明は、エンジンとモータとを併用するハイブリッド自動車や燃料電池を使用する燃料電池車にも適用できる。

また、本実施の形態では登り坂でのヒルホールドについて説明したが、車庫入れなどでの下り坂での後進時のヒルホールドについても、本実施の形態の制御は適用することができる。

また、以上の実施の形態で開示された制御方法は、コンピュータを用いてソフトウエアで実行可能である。この制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体（ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカードなど）から車両の制御装置中のコンピュータに読み込ませたり、また通信回線を通じて提供したりしても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の車両の制御装置を搭載する車両１００の構成を示した回路図である。実施の形態１におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。トルク制限値ＴＭＡＸのマップの一例を示した図である。実施の形態１の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。車両１００が牽引されている状態を示す図である。車両１００が後ろから押されている状態を示す図である。実施の形態２におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。マスタシリンダ油圧とブレーキトルクＴｒＢとの関係を示した図である。実施の形態２の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。実施の形態３におけるヒルホールド時のブレーキ制御を説明するためのフローチャートである。実施の形態３の制御が実行された場合の一例を示した波形図である。

符号の説明

１０，１３，２１電圧センサ、１１，２４電流センサ、１２昇圧コンバータ、１４インバータ、１５Ｕ相アーム、１６Ｖ相アーム、１７Ｗ相アーム、２０電圧変換部、３０制御ユニット、３１〜３６温度センサ、４２ブレーキ油圧制御部、４４ブレーキ、４６レゾルバ、１００車両、Ｂバッテリ、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｌ１リアクトル、Ｍ１モータ、Ｑ１〜Ｑ８ＩＧＢＴ素子、ＳＲ１，ＳＲ２システムメインリレー、ＷＨ車輪。

Claims

走行にモータを使用する車両の制御装置であって、
前記車両は、
前記モータの駆動軸にブレーキをかけるブレーキ装置と、
前記モータに流す電流を制御するスイッチング素子を含むインバータとを含み、
前記制御装置は、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの出力に応じて前記スイッチング素子を保護するために前記モータの出力トルクを制限するように制御を行なう制御部とを備え、
前記制御部は、
前記ブレーキ装置が非作動中に前記車両が傾斜路上に停止中であると判断し、かつ前記スイッチング素子の温度の上昇に伴い前記モータの出力トルクを制限している場合には、前記モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくても前記ブレーキ装置を作動させる、車両の制御装置。
前記制御装置は、
前記モータの回転速度を検出するための回転センサをさらに備え、
前記制御部は、前記モータが第１のしきい値より大きいトルクを出力中であるにも拘わらず、前記モータの回転速度の大きさが第２のしきい値より小さい場合に、前記車両が傾斜路上に停止中であると判断する、請求項１に記載の車両の制御装置。
前記制御部は、前記モータの出力トルクを制限している場合に前記運転者が前記ブレーキペダルを操作していなくても前記ブレーキ装置を作動させるときには、前記出力トルクの制限度合いに応じて前記ブレーキ装置が前記駆動軸に与えるブレーキトルクを調整する、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記制御部は、前記運転者が前記ブレーキペダルを操作していなくても前記ブレーキ装置を作動させた後に、前記モータの回転速度が第３のしきい値よりも前記モータが発生するトルク方向に増加したことを検出した場合には、前記ブレーキ装置の作動を解除する、請求項３に記載の車両の制御装置。
走行にモータを使用する車両の制御方法であって、
前記車両は、前記モータの駆動軸にブレーキをかけるブレーキ装置と、前記モータに流す電流を制御するスイッチング素子を含むインバータと、前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサとを含み、
前記制御方法は、
前記ブレーキ装置が非作動中に前記車両が傾斜路上に停止中であるという第１の車両状態を検出するステップと、
前記スイッチング素子の温度の上昇に伴い前記モータの出力トルクを制限しているという第２の車両状態を検出するステップと、
前記第１、第２の車両状態が共に検出された場合には、前記モータの駆動軸にブレーキをかけるように、運転者がブレーキペダルを操作していなくても前記ブレーキ装置を作動させるステップとを備える、車両の制御方法。