JP2010178602A

JP2010178602A - 車両のフェールセーフ装置

Info

Publication number: JP2010178602A
Application number: JP2009021770A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Yu; 陽一郎勇
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-02-02
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-02
Also published as: JP5218110B2

Abstract

【課題】電動モータの温度上昇を抑制することができ、かつ、車両のドライバビリティが悪化することを防止できるフェールセーフ装置を提供する。
【解決手段】車輪に接続された電動モータと、電動モータに接続された車輪または電動モータが接続されていない車輪に与える動力または制動力を発生し、かつ、動力または制動力を発生するときに発熱する駆動装置とを有する、車両のフェールセーフ装置において、駆動装置の熱が伝達された時の電動モータの温度、および駆動装置の温度を推定する温度推定手段（ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ１３，Ｓ１４）と、温度推定手段における推定結果に基づいて、電動モータで発生する動力または回生制動力と、駆動装置で発生する動力または回生制動力とを決定することにより、電動モータの温度上昇を抑制する温度制御手段（ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ１２）とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車輪と動力伝達可能に電動モータが設けられた車両において、電動モータの温度上昇を抑制するフェールセーフ装置に関するものである。

従来、車両に走行用の電動モータを設け、その電動モータと車輪とを動力伝達可能に接続するとともに、電動モータを電動機として駆動させて車輪で駆動力を発生させ、あるいは電動モータを発電機として駆動して車輪に回生制動力を与えることが知られている。このように、車輪に電動モータを動力伝達可能に接続した構成の車両が、特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載された車両では、タイヤホイールの中に電動モータを配置したインホイールモータ方式が記載されている。このインホイールモータ方式は車室内の有効利用空間が拡大できる反面、温度の上昇が顕著になる問題があることが記載されている。そこで、この特許文献１に記載されたインホイールモータの冷却装置では、冷媒を用いてインホイールモータの発熱部を冷却するように構成されている。具体的には、リザーバタンクに冷媒を貯留するとともに、そのリザーバタンクに接続された冷却流路を設け、その冷却流路内に冷媒を流通させて、インホイールモータを冷却するように構成されている。なお、車両に走行用の電動モータを設けた技術は、特許文献２ないし４にも記載されている。

特開２００７−２１５３１１号公報特開２００８−２１３７７７号公報特開２００６−２１１７６４号公報特開２００５−２５３２４９号公報

ところで、特許文献１に記載されているインホイールモータでは、冷媒を流通させる冷却流路を設けなければならず、装置が大型化する問題があった。そこで、特許文献１に記載されているように冷媒を用いて電動モータを冷却するのではなく、電動モータに供給する電流を低減すること、または電動モータにおける発電量を低減することにより、電動モータの温度上昇を抑制することも考えられるが、電動モータで発生する動力または回生制動力が、運転者の要求に適合しなくなることがあり、車両のドライバビリティが悪化する虞れがあった。

この発明は上記事情を背景としてなされたものであって、電動モータの温度上昇を抑制することができるとともに、車両のドライバビリティが悪化することを抑制することのできる、車両のフェールセーフ装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、車輪と動力伝達可能に接続され、かつ、前記車輪に与える動力または回生制動力を発生する電動モータと、前記電動モータが接続された車輪または前記電動モータが接続されていない車輪に与える動力または制動力を発生し、かつ、前記動力または制動力を発生するときに発熱する駆動装置とを有する、車両のフェールセーフ装置において、前記駆動装置の熱が伝達される前記電動モータの温度、および前記駆動装置の温度を推定する温度推定手段と、この温度推定手段における推定結果に基づいて、前記電動モータで発生する動力または回生制動力と、前記駆動装置で発生する動力または回生制動力とを決定することにより、前記電動モータの温度上昇を抑制する温度制御手段とを備えていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、駆動装置の熱が電動モータに現在伝達されているときの温度を推定する。または、駆動装置の熱が電動モータに将来伝達されることが予測される場合は、その将来の温度を推定する。そして、電動モータの温度の推定結果に基づいて、電動モータで発生する動力または回生制動力と、駆動装置で発生する動力または回生制動力とを決定することにより、電動モータの温度上昇を抑制する。したがって、電動モータの温度上昇を抑制できるとともに、車両の動力または制動力による挙動が、運転者の意志に反した挙動になることを回避でき、ドライバビリティの悪化を防止できる。

この発明における制御の一例を示すフローチャートである。この発明における制御を実行可能な車両の構成例を示す概念図である。この発明における制御を実行した場合の全制動力の分配状態を示すタイムチャートである。この発明における制御の他の例を示すフローチャートである。この発明における制御を実行可能な車両の他の構成例を示す概念図である。この発明における制御を実行可能な車両の更に他の構成例を示す概念図である。

つぎに、この発明の制御を実行可能な車両の構成例を、図２に基づいて説明する。車両１は前輪２および後輪３を有し、前輪２にはそれぞれ電動モータ４が取り付けられている。具体的に説明すると、前輪２はタイヤが取り付けられたホイール（図示せず）を有しており、そのホイール内に電動モータ４を設けた、いわゆるインホイールモータ（ＩＷＭ）形式となっている。電動モータ４はケーシング（図示せず）の内部にロータ（図示せず）およびステータ（図示せず）を設けて構成されており、そのケーシングがサスペンション（図示せず）を介在させて車体９に取り付けられている。

さらに、車両１には電力供給装置（図示せず）が搭載されており、その電力供給装置と電動モータ４とが電気回路により接続されている。この電力供給装置は、充電および放電の両方をおこなうことのできる蓄電装置（充電装置）を有しており、その蓄電装置はバッテリまたはキャパシタのいずれでもよい。この電動モータ４は、電動機としての機能と、発電機としての機能とを兼備したモータ・ジェネレータである。この構成により、電動モータ４に電力を供給して電動機として駆動させ、そのトルクを前輪２に伝達することができる。また、車両１の惰力走行時は車両の運動エネルギを電動モータ４に伝達して発電をおこない、その電力を蓄電装置に充電することもできる。また、電力供給装置は、蓄電装置の他に、燃料電池（ＦＣ）を有していてもよい。

さらにまた、車体９には、後輪３に動力を伝達するエンジン５が搭載されている。このエンジン５は燃料を燃焼させて発生する熱エネルギを動力に変換する動力装置であり、そのエンジン５にはオルタネータ（図示せず）が動力伝達可能に接続されている。このオルタネータは前記蓄電装置に接続されている。さらに、エンジン５から後輪３に至る動力伝達経路に、変速機６およびプロペラシャフト（図示せず）および終減速機（図示せず）が設けられている。変速機６は、入力回転数と出力回転数との間の比を変更可能に構成されており、この実施例ではハイブリッド変速機が用いられている。

さらに、前輪２にはブレーキ装置７が設けられ、後輪３にはブレーキ装置８が設けられている。このブレーキ装置７，８は、摩擦力により制動力を発生する摩擦ブレーキである。さらに、エンジン１の出力、電動モータ４の力行および回生、ブレーキ装置７，８で発生する制動力を制御する電子制御装置（図示せず）が設けられており、その電子制御装置に、車速、アクセル開度、蓄電装置の充電量、ユニットの温度、ブレーキ装置７の温度、ホイール内の風速などを検知（測定または予測）するセンサやスイッチの信号が入力される。ここで、ユニットとは、電動モータ４および冷却用オイルをケーシングに収容した組立体を意味する。そして、ユニット温度には、電動モータ４自体の温度、この電動モータ４を冷却および潤滑するオイルの温度などが含まれる。このように、図２に示された車両１は、エンジン前置き後輪駆動（ＦＲ）型に構成されたハイブリッド（ＨＶ）車である。

さらに、電子制御装置にはダイアグノーシス用の表示装置（図示せず）が接続されている。これは、車両１に搭載されているシステムの機能が低下したこと、または故障したことを、液晶画面、ランプ、ブザー、チャイム、人工音声などを用いて、運転者に知らせる装置である。さらに、車両１はナビゲーションシステム（図示せず）を有している。このナビゲーションシステムは、車両１の目的地および現在位置などを入力し、かつ、目的地までの走行経路の候補を検索し、かつ、走行経路の道路情報を検出可能な装置である。ナビゲーションシステムについては、特開２００５−２２８００３号公報、特開２００７−１５５６４４号公報などに記載されているように公知であるので、具体的な説明を省略する。

つぎに、図２に示された車両１の制御および作用を説明する。まず、アクセルペダルが踏み込まれて車両１を走行される要求が発生すると、車速およびアクセル開度に基づいて要求駆動力が求められ、その要求駆動力に基づいて、電動モータ４の出力、およびエンジン出力が制御される。例えば、エンジン５の燃焼状態が不安定な領域では、エンジン５は停止され、かつ、電動モータ４に電力が供給され、その電動モータ４が電動機として駆動され、そのトルクが前輪２に伝達されて駆動力が発生する。

一方、エンジン５の燃焼状態が安定する領域では、エンジン５に燃料が供給されて燃料が燃焼し、エンジントルクが変速機６を経由して後輪３に伝達される。なお、エンジン５が運転されている場合に、電動モータ４のトルクを前輪２に伝達する制御、または電動モータ４には電力を供給しない制御をおこなうことができる。このように、図２に示された車両１は、前輪２および３で駆動力を発生させて四輪駆動車とすることができる。

また、車両１の走行中にアクセルペダルが戻された場合、またはブレーキペダルが踏み込まれた場合は、各車輪に設けられたブレーキ装置で制動力を発生させる制御、または、電動モータ４を発電機として起動させて前輪２に回生制動力を与える制御のうち、少なくとも一方を実行することができる。このように、図２に示された車両１においては、電動モータ４またはブレーキ装置７，８を用いて車両１に制動力を与えることができる。さらに、車両１が惰力走行するとき、運動エネルギを後輪からエンジン５に伝達してエンジンブレーキ力を発生させることもできる。これは、後輪３に対する制動力となる。

ところで、電動モータ４で回生制動をおこなうと電動モータ４の温度が上昇する可能性がある。また、前輪２のブレーキ装置７で制動力を発生させると、その摩擦熱が電動モータ４に伝達される可能性がある。このように、電動モータ４の温度が上昇すると、電動モータ４の機能低下または故障（フェール）が生じる可能性がある。そこで、車両１の走行中にアクセルペダルが戻された場合、またはブレーキペダルが踏み込まれた場合に、電動モータ４の機能低下またはフェールを回避する制御例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、ブレーキ装置７で制動力が発生し、かつ、電動モータ４で回生制動力が発生し、かつ、後輪３で制動力が発生しているときに、ユニットの温度Ｕ_Ｔおよびブレーキ装置の温度Ｂ_Ｔが測定される（ステップＳ１）。

そして、ユニットの温度Ｕ_Ｔが閾値Ｕ_Ｔ´以上であるか否かが判断される（ステップＳ２）。この閾値Ｕ_Ｔ´は、電動モータ４の機能を確保すること、または電動モータ４を保護することなどの観点から、実験またはシミュレーションによって求められた値であり、予め電子制御装置に記憶されている。このステップＳ２で否定的に判断された場合は、電動モータ４が故障したり、機能が低下したりする可能性が低いためリターンする。このステップＳ２で肯定的に判断された場合は、電動モータ４が故障したり、機能が低下したりする可能性があるため、ユニットの温度Ｕ_Ｔの上昇勾配が零以上であるか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で否定的に判断されるということは、ユニットの温度Ｕ_Ｔが一定、または低下していることになり、電動モータ４が故障したり、機能が低下したりする可能性がないためリターンする。

このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、ブレーキ装置７の温度Ｂ_Ｔがユニットの温度Ｕ_Ｔを超えているか否かが判断される（ステップＳ４）。このステップＳ４で肯定的に判断された場合は、電動モータ４で発生する回生制動力を増加（ＵＰ）させ、かつ、前輪２のブレーキ装置で発生する制動力を低減（ＤＯＷＮ）させる（ステップＳ５）。このステップＳ５の処理をおこなうことにより、前輪２に設けられたブレーキ装置７のフェード（焼き付き）を防止できるとともに、電動モータ４から蓄電装置に充電される電力を増加できる。したがって、エンジン５の動力をオルタネータで電力に変換する量を低減でき、エンジン５の燃料消費量を少なくすること（燃費向上）ができる。

このステップＳ５についで、ユニットの温度Ｕ_Ｔの上昇勾配が零以上であるか否かが判断される（ステップＳ６）。このステップＳ６で否定的に判断された場合は、ユニットの温度Ｕ_Ｔが閾値Ｕ_Ｔ´以上であるか否かが判断される（ステップＳ７）。このステップＳ７で肯定的に判断された場合はステップＳ５に戻り、ステップＳ７で否定的に判断された場合はリターンする。

一方、前記ステップＳ６で肯定的に判断された場合は、後輪３で発生する制動力を増加し（リヤ制動力ＵＰ）、かつ、電動モータ４での回生制動を停止（フロントユニット・ブレーキ停止）する（ステップＳ８）。このステップＳ８の処理により、電動モータ４を含むユニットが保護され、かつ、車両１の制動要求に対応する全制動力を確保でき、ドライバビリティが向上する。このステップＳ８についで、ユニットの温度Ｕ_Ｔの上昇勾配が零以上であるか否かが判断される（ステップＳ９）。このステップＳ９で肯定的に判断された場合は、電動モータ４を含むユニットが故障しているか、または、ユニットの温度を測定するセンサが故障している可能性があるため、その事実をダイアグノーシス用表示装置で表示し（ステップＳ１０）、リターンする。また、前記ステップＳ９で否定的に判断された場合は、ユニットの温度Ｕ_Ｔが閾値Ｕ_Ｔ´以上であるか否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１で肯定的に判断された場合はリターンし、ステップＳ１１で否定的に判断された場合はステップＳ８に戻る。

一方、ステップＳ４で否定的に判断された場合は、電動モータ４で発生する回生制動力を低下（ＤＯＷＮ）させ、かつ、前輪２のブレーキ装置７の制動力を増加（ＵＰ）させる制御をおこなう（ステップＳ１２）。このステップＳ１２の処理により、電動モータ４を含むユニットの故障を防止でき、かつ、前輪２のブレーキ装置７を暖機できる効果がある。さらに、ステップＳ１２についで、ユニットの温度Ｕ_Ｔの上昇勾配が零以上であるか否かが判断される（ステップＳ１３）。このステップＳ１３で肯定的に判断された場合はステップＳ８に進む。これに対して、ステップＳ１３で否定的に判断された場合は、ユニットの温度Ｕ_Ｔが閾値Ｕ_Ｔ´以上であるか否かが判断される（ステップＳ１４）。このステップＳ１４で肯定的に判断された場合はステップＳ１２に戻り、ステップＳ１４で否定的に判断された場合はリターンする。

さらに、図１のフローチャートに対応するタイムチャートの一例を図３に基づいて説明する。まず、ブレーキペダルが踏み込まれているとき、車両１の全体で発生するべき制動力（全制動力）が、電動モータ４の回生制動力（回生分）および前輪２のブレーキ装置７の制動力（ブレーキ分）および後輪３で発生する制動力（後輪分）により、均等に分担されている。その後、ステップＳ１２の処理がおこなわれると、時刻ｔ１以降のように回生分が減少し、かつ、ブレーキ分が増加する。なお、後輪分は一定である。そのステップＳ１２からステップＳ８に進むと、時刻ｔ２以降のように、回生分がなくなり、かつ、後輪分が増加し、かつ、ブレーキ分が減少する。更に時間が経過すると、時刻ｔ３以降は全制動力が後輪分で負担される。ここで、図１のフローチャートに基づいて説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ１３，Ｓ１４が、この発明の温度推定手段に相当し、ステップＳ５，Ｓ８，Ｓ１２が、この発明の温度制御手段に相当する。

つぎに、車両１で実行可能な他の制御例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。まず、図４のステップＳ１では、図１のステップＳ１と同じ処理をおこなう。また、電動モータ４およびブレーキ装置７の雰囲気温度を測定し、かつ、車速を測定する。また、前輪２が収容されているホイール内の風速および冷却能力を推定する。さらに、アクセル開度を測定し、ナビゲーションシステムにより、車両１の走行経路の道路情報（勾配など）を測定する（ステップＳ２３）。さらに、走行経路の情報に基づいて、その走行経路を車両１が走行するときの必要駆動力を推定（予想）し、かつ、その走行経路を車両１が走行するときの必要制動力を推定（予想）する（ステップＳ２４）。そして、ステップＳ１、ステップＳ２１ないしステップＳ２４の測定結果に基づいて、将来における電動モータ４を含むユニット温度Ｕ_ＴＦを推定する（ステップＳ２５）。そして、ユニット温度Ｕ_ＴＦが、閾値Ｕ_Ｔ´以上であるか否かが判断される（ステップＳ２６）。

このステップＳ２６で否定的に判断された場合は、ステップＳ１に戻る。これに対して、ステップＳ２６で肯定的に判断された場合は、電動モータ４の発熱量を抑えた最適配分比を読み込む（ステップＳ２７）。このステップＳ２７の処理をおこなうために、要求駆動力と前後駆動力配分比とに基づいて、総発熱量を求めるマップ、または、要求制動力と回生分担率とに基づいて、総発熱量を求めるマップの少なくとも一方が、電子制御装置に記憶されている。このステップＳ２７についで、電動モータ４およびブレーキ装置７，８を制御する指令信号が出力され（ステップＳ２８）、リターンする。

このように、図４のフローチャートを実行すると、車両１の走行経路、あるいは走行状態に基づいて、将来のユニット温度を推定し、ＵＹニット温度が高温状態に陥る前に、電動モータ４を効率よく制御できるので、ユニットの故障を防ぎ、かつ、ドライバビリティの悪化を防止できる。図４のフローチャートを実行した場合にも、図３のタイムチャートがあてはまる。ここで、図４のフローチャートに基づいて説明した構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６が、この発明の温度推定手段に相当し、ステップＳ２７，Ｓ２８が、この発明の温度制御手段に相当する。

さらに、図１または図４のフローチャートのうちの少なくとも一方を実行可能な車両の構成例を、図５に基づいて説明する。図５に示された車両１では、後輪３も、前輪２と同様にして、ホイール内に電動モータ１０が設けられている。つまり、図５に示された車両１は、インホイール形の四輪駆動車である。なお、図５に示された車両１は、図２に示されたエンジン５および変速機６は設けられておらず、電気自動車（ＥＶ）である。さらに、図５の車両１においても、電動モータ４，１０に電力を供給する装置として、燃料電池（ＦＣ）を用いることもできる。図５に示された車両１では、電動モータ１０を電動機として駆動させ、そのトルクを後輪３に伝達することができる。また、電動モータ１０を発電機として起動させ、後輪３に回生制動力を与えることができる。

さらに、図４のフローチャートを実行可能な車両の構成例を、図６に基づいて説明する。図６の構成において、図２の構成と同じ構成部分については、図２と同じ符号を付してある。図６に示された車両１では、前輪２と動力伝達可能に設けられた電動モータ１１が車体９に設けられている点が、図２の車両１とは相違する。そして、車両１の幅方向、具体的には左右方向で、エンジン５と前輪２との間に電動モータ１１が配置されている。そして、エンジン５の熱が電動モータ１１に伝達されて、電動モータ１１を含むユニットの温度が上昇する。つまり、発熱源はブレーキ装置７ではなくエンジン５である。図６に示された車両は、エンジン前置き後輪駆動型（ＦＲ）に構成されている。また、エンジン５のクランクシャフトが車両１の横方向に沿って配置されたエンジン横置き型の車両である。この図６に示された車両１では、電動モータ１１とエンジン５との温度関係に基づいて、電動モータ１１およびエンジン５およびブレーキ装置８を制御する。

なお、図２および図５および図６に示された構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、前輪２が、この発明における電動モータと動力伝達可能に接続された車輪に相当し、電動モータ４，１１が、この発明における電動モータに相当し、エンジン５およびブレーキ装置７，８が、この発明における駆動装置に相当する。

１…車両、２…前輪、３…後輪、４，１１…電動モータ、５…エンジン、７，８…ブレーキ装置。

Claims

車輪と動力伝達可能に接続され、かつ、前記車輪に与える動力または回生制動力を発生する電動モータと、前記電動モータが接続された車輪または前記電動モータが接続されていない車輪に与える動力または制動力を発生し、かつ、前記動力または制動力を発生するときに発熱する駆動装置とを有する、車両のフェールセーフ装置において、
前記駆動装置の熱が伝達される前記電動モータの温度、および前記駆動装置の温度を推定する温度推定手段と、
この温度推定手段における推定結果に基づいて、前記電動モータで発生する動力または回生制動力と、前記駆動装置で発生する動力または回生制動力とを決定することにより、前記電動モータの温度上昇を抑制する温度制御手段と
を備えていることを特徴とする車両のフェールセーフ装置。