JP2011036048A

JP2011036048A - 電動車両

Info

Publication number: JP2011036048A
Application number: JP2009180765A
Authority: JP
Inventors: Kenji Uchida; 健司内田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2011-02-17

Abstract

【課題】より適正に制御装置間の通信異常に対処する。
【解決手段】モータＥＣＵでは、メインＥＣＵとモータＥＣＵとの間の通信異常が生じたときには、メインＥＣＵによりシステムメインリレーがオフされたか否かに拘わらず、インバータが駆動停止されると共に昇降圧コンバータのトランジスタが予め定められた所定のデューティ比でスイッチングされるようインバータと昇降圧コンバータとを制御する。システムメインリレーがオンのときには、高電圧系の電圧が所定のデューティに応じて昇圧され、システムメインリレーがオフのときには、コンデンサの電荷が放電される。このようにして、より適正に２つの制御ユニット間の通信異常に対処する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両に関する。

従来、この種の電動車両としては、車両駆動用のモータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するインバータ回路と、二次電池ユニットと、二次電池ユニットからシステムメインリレーを介して供給される電力を昇圧してインバータ回路に供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータ回路との間に設けられた高圧コンデンサと、インバータ回路やシステムメインリレーを制御する制御装置（ＥＣＵ）と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両の制御装置では、衝突予知信号を入力すると、システムメインリレーをオフとし、モータジェネレータにトルクが発生しないようインバータ回路をスイッチングすることによって高圧コンデンサおよびＤＣ／ＤＣコンバータに含まれる低圧コンデンサに残留した電荷を放電している。

特開２００５−２０９５２号公報

上述の制御装置に代えて、システムメインリレーを制御する第１制御装置とインバータ回路及びＤＣ／ＤＣコンバータを制御する第２制御装置とを備える電動車両では、第１制御装置と第２制御装置と間の通信異常が生じたときに適正に対処できない場合がある。例えば、第１制御装置は衝突を検出したときにリレーをオフとすると共に第２制御装置は第１制御装置から衝突信号を受信したときにコンデンサの電荷を放電する場合、２つの制御装置間の通信異常が生じているときには衝突時でも第２制御装置が衝突信号を受信できずにコンデンサの電荷を放電することができない場合が生じる。

本発明の電動車両は、より適正に制御装置間の通信異常に対処することを主目的とする。

本発明の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動車両は、
走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能なバッテリと、前記バッテリがリレーを介して接続された低電圧系に接続されると共に前記インバータが接続された高電圧系に接続されスイッチング素子のスイッチングにより前記低電圧系と前記高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、前記低電圧系の電圧を平滑する低電圧系コンデンサと、前記高電圧系の電圧を平滑する高電圧系コンデンサと、車両の衝突が生じたときには前記リレーがオフされるよう該リレーを制御する第１制御手段と、前記第１制御手段から通信により前記車両の衝突が生じた旨を示す信号を受信したときには前記高電圧系コンデンサの電荷が放電されるよう前記インバータと前記昇降圧コンバータとを制御する第２制御手段と、を備える電動車両において、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段と該第２制御手段との間の通信異常が生じたときには、前記第１制御手段により前記リレーがオフされたか否かに拘わらず、前記インバータが駆動停止されると共に前記昇降圧コンバータのスイッチング素子が予め定められたデューティ比でスイッチングされるよう該インバータと該昇降圧コンバータとを制御する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の電動車両では、第２制御手段は、第１制御手段と第２制御手段との間の通信異常が生じたときには、第１制御手段によりリレーがオフされたか否かに拘わらず、インバータが駆動停止されると共に昇降圧コンバータのスイッチング素子が予め定められたデューティ比でスイッチングされるようインバータと昇降圧コンバータとを制御する。これにより、リレーがオンされた状態でインバータの駆動停止と昇降圧コンバータの駆動とが行なわれたときには、昇降圧コンバータのデューティ比に応じて高電圧系の電圧が調整される。また、リレーがオフされた状態でインバータの駆動停止と昇降圧コンバータの駆動とが行なわれたときには、昇降圧コンバータのスイッチング素子のスイッチングに伴う損失によって高電圧系コンデンサや低電圧系コンデンサの放電を行なうことができる。この結果、より適正に第１制御手段と第２制御手段との間の通信異常に対処することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。モータ３２を含む電気系の構成の概略を示す構成図である。モータＥＣＵ３６により実行される異常時用制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２はモータ３２を含む電気系の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２２に回転子が接続された同期発電電動機としてのモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、二次電池として構成されたバッテリ４０と、バッテリ４０からの電力を昇圧してインバータ３４側（以下、高電圧系という）に供給したり高電圧系からの電力を降圧してバッテリ４０側（以下、低電圧系という）に供給する昇降圧コンバータ４２と、バッテリ４０と昇降圧コンバータ４２との接続および接続の解除を行なうシステムメインリレー４３と、モータ３２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ３２に印加される相電流などのモータ３２やインバータ３４の状態を検出する種々のセンサからの信号や高電圧系の電圧を平滑するコンデンサ４４の電圧を検出する電圧センサ４５からの電圧ＶＨ，低電圧系の電圧を平滑するコンデンサ４６の電圧を検出する電圧センサ４６からの電圧ＶＬなどを入力すると共に、インバータ３４をスイッチング制御することによってモータ３２を駆動制御したり昇降圧コンバータ４２をスイッチング制御することによって昇降圧コンバータ４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）３６と、バッテリ４０の状態を検出する種々のセンサからの信号やイグニッションスイッチ５１からのイグニッション信号，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５７からの車速Ｖ，車体（例えば、車両前方の中央部や両側部など）に取り付けられた加速度センサ５８からの車両の加速度などを入力すると共にシステムメインリレー４３をオンオフ制御して車両全体をコントロールするメイン電子制御ユニット（以下、メインＥＣＵという）５０と、を備える。メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とは、いずれも図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートおよび通信ポートを備える。また、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とは、それぞれの通信ポートを介して互いに接続されており、各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

図２に示すように、インバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６とトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高電圧系の電力ライン４８の正極母線４８ａと負極母線４８ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。また、昇降圧コンバータ４２は、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２とトランジスタＴ２１，Ｔ２２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２は、それぞれ高電圧系の電力ライン４８の正極母線４８ａと負極母線４８ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。リアクトルＬと負極母線４８ｂとにはそれぞれバッテリ４０の正極端子と負極端子とが接続されている。モータＥＣＵ３６は、前述したように、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングすることによってモータ３２を駆動制御し、昇降圧コンバータ４２のトランジスタＴ２１，Ｔ２２をスイッチングすることによって昇降圧コンバータ４２を駆動制御する。

実施例の電気自動車２０は、基本的には、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とによって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。メインＥＣＵ５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５７からの車速とに応じて走行のために駆動軸２２に要求される要求トルクを設定し、バッテリ４０を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ３２のトルク指令に設定し、設定したトルク指令をモータＥＣＵ３６に送信する。モータＥＣＵ３６では、モータ３２のトルク指令を受信すると、モータ３２の回転数と受信したトルク指令とに基づいてインバータ３４に印加すべき高電圧系の目標電圧を設定し、モータ３２が設定したトルク指令で駆動されるようインバータ３４をスイッチング制御すると共に、高電圧系の電圧ＶＨが設定された目標電圧になるよう昇降圧コンバータ４２をスイッチング制御する。実施例の電気自動車２０は、こうした制御により、バッテリ４０の入出力制限の範囲内でアクセル開度に応じた要求トルクを駆動軸２２に出力して走行する。

また、実施例の電気自動車２０は、衝突時に車両の安全性を高めるためにメインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とによって実行される以下に説明する制御を実行する。メインＥＣＵ５０では、例えば加速度センサ５８からの加速度が衝突判定用の閾値や図示しないエアバッグなどの安全装置を作動するための閾値を超えたときなどに車両の衝突が生じたと判定し、車両の衝突を判定するとシステムメインリレー４３をオフとしてバッテリ４０を車両の電気系から切り離すと共に車両の衝突が生じた旨を示す衝突信号（例えば、初期値としての値０に対して値１に設定された衝突判定フラグや放電要求フラグなど）をモータＥＣＵ３６に送信する。モータＥＣＵ３６は、衝突信号を受信すると、高電圧系のコンデンサ４４および低電圧系のコンデンサ４６の電荷が放電されるようインバータ３４および昇降圧コンバータ４２を制御する。このインバータ３４および昇降圧コンバータ４２の制御は、昇降圧コンバータ４２を駆動停止した状態でモータ３２にｄ軸方向への電流を流すことによって固定子のコイルが発熱するようインバータ３４をスイッチング制御するものでもよいし、インバータ３４を駆動停止した状態でトランジスタＴ２１，Ｔ２２のスイッチングに伴って損失が生じるよう昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御するものでもよい。

次に、こうして構成された電気自動車２０の動作、特にメインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間の通信異常や車両の衝突に対処する際の動作について説明する。図３は、実施例のモータＥＣＵ３６により実行される異常時用制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンはイグニッションオンされたときに実行される。

異常時用制御ルーチンが実行されると、モータＥＣＵ３６の図示しないＣＰＵは、まず、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間の通信異常または車両の衝突が生じたか否かを判定する処理を通信異常または車両の衝突が生じたと判定されるまで繰り返し実行する（ステップＳ１００）。ここで、通信異常は、実施例では、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間で予め定められた所定時間に亘って信号のやりとりが行なわれない状態を検出することにより判定するものとした。車両の衝突は、前述の衝突信号を受信することにより判定するものとした。なお、メインＥＣＵ５０では、こうした通信異常を検出すると、車両を安全に停止すべきと判断し、車速Ｖが所定の低車速（例えば、時速３ｋｍや時速５ｋｍなど）未満になるまではシステムメインリレー４３をオンとし、車速Ｖが所定の低車速未満になったときにはシステムメインリレー４３をオフとする。これは、走行中に通信異常が生じたときに、低電圧系に接続された図示しない補機バッテリ（操舵装置などの補機に電力供給するバッテリ）への電力供給を継続して走行性をある程度確保するためなどの理由に基づく。

通信異常または車両の衝突が生じたと判定されたときには、通信異常が生じたか否かを調べ（ステップＳ１１０）、通信異常ではない、即ち車両の衝突が生じたときには、前述したように、高電圧系のコンデンサ４４および低電圧系のコンデンサ４６の電荷が放電（ディスチャージ）されるようインバータ３４および昇降圧コンバータ４２を制御して（ステップＳ１２０）、異常時用制御ルーチンを終了する。即ち、モータＥＣＵ３６では、メインＥＣＵ５０から衝突信号を受信するまでは走行用の駆動制御を実行し、メインＥＣＵ５０から衝突信号を受信したときには２つのコンデンサ４４，４６の電荷が放電されるようインバータ３４および昇降圧コンバータ４２を制御するのである。

メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間の通信異常が生じたときには、インバータ３４を駆動停止すると共に所定のデューティ比で昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御して（ステップＳ１３０）、異常時用制御ルーチンを終了する。所定のデューティ比は、実施例では、トランジスタＴ２１，Ｔ２２のスイッチングに伴う損失が最大となるよう予め実験などにより定められたものを用いるものとした。こうした通信異常が生じたときは、車両を安全に停止すべきであるため、メインＥＣＵ５０では車速Ｖに応じてシステムメインリレー４３をオンまたはオフとし、モータＥＣＵ３６ではインバータ３４を駆動停止する。システムメインリレー４３がオンのときには、モータＥＣＵ３６により昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御すると、低電圧系の電圧ＶＬに対して高電圧系の電圧ＶＨが所定のデューティ比に応じて昇圧されるが、高電圧系の電圧ＶＨはモータ３２には作用しない。システムメインリレー４３がオフのときには、モータＥＣＵ３６により昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御すると、車両の電気系からバッテリ４０とモータ３２とが切り離された状態で昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御することになるから、所定のデューティ比に応じてトランジスタＴ２１，Ｔ２２で損失が生じ、高電圧系のコンデンサ４４および低電圧系のコンデンサ４６の電荷を放電することができる。昇降圧コンバータ３６のスイッチング制御は、実施例では、高電圧系の電圧センサ４５からの電圧ＶＨがコンデンサ４４の放電が十分に行なわれた状態を示す所定電圧（例えば、数十Ｖなど）未満になるまで行なうものとした。

こうした制御により、２つの制御ユニット間の通信異常が生じたときには車速Ｖが低下してシステムメインリレー３４がオフされたときにコンデンサ４４，４６の放電が行なわれるから、衝突信号を受信することなくコンデンサ４４，４６の放電を行なうことができる。また、通信異常が生じたときにはインバータ３４をスイッチング制御することなく昇降圧コンバータ３６をスイッチング制御することによってコンデンサ４４，４６の放電を行なうから、インバータ３４のスイッチング制御によってコンデンサ４４，４６の放電を行なうものに比して、モータ３２から駆動軸２２にトルクが出力されるのをより確実に抑制することができる。さらに、車両の衝突が生じたことによって２つの制御ユニット間の通信異常が生じた場合を考えると、モータＥＣＵ３６が衝突信号の受信を待ってコンデンサ４４，４６の放電を行なうものでは、衝突信号の受信後に通信異常が生じた場合はよいが、衝突信号の受信前に通信異常が生じた場合にはコンデンサ４４，４６の放電を行なうことができない。これに対し、実施例では、通信異常が生じたときには、衝突信号の受信を待つことなく昇降圧コンバータ３６を所定のデューティ比でスイッチング制御するから、車両の衝突が生じたことによって通信異常が生じた場合であっても、コンデンサ４４，４６の放電を行なうことができる。この結果、車両をより安全に停止することができ、通信異常に対してより適正に対処することができるものとなる。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、モータＥＣＵ３６では、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間の通信異常が生じたときには、メインＥＣＵ５０によりシステムメインリレー４３がオフされたか否かに拘わらず、インバータ３４が駆動停止されると共に昇降圧コンバータ３６のトランジスタＴ２１，Ｔ２２が予め定められた所定のデューティ比でスイッチングされるようインバータ３４と昇降圧コンバータ３６とを制御するから、より適正に２つの制御ユニット間の通信異常に対処することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ４０が「バッテリ」に相当し、昇降圧コンバータ４２が「昇降圧コンバータ」に相当し、コンデンサ４６が「低電圧系コンデンサ」に相当し、コンデンサ４４が「高電圧系コンデンサ」に相当し、車両の衝突を判定したときにはシステムメインリレー４３をオフすると共に車両の衝突が生じた旨を示す衝突信号をモータＥＣＵ３６に送信するメインＥＣＵ５０が「第１制御手段」に相当し、メインＥＣＵ５０から衝突信号を受信したときにはコンデンサ４４の電荷が放電されるようインバータ３４および昇降圧コンバータ４２を制御し、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６との間の通信異常が生じたときにはメインＥＣＵ５０によりシステムメインリレー４３がオフされたか否かに拘わらずインバータ３４を駆動停止すると共に昇降圧コンバータ４２のトランジスタＴ２１，Ｔ２２を所定のデューティ比でスイッチングするモータＥＣＵ３６が「第２制御手段」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動車両の製造産業に利用可能である。

２０電気自動車、２２駆動軸、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、３２モータ、３４インバータ、３６モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４０バッテリ、４２昇降圧コンバータ、４３システムメインリレー、４４，４６コンデンサ、４５，４７電圧センサ、４８電力ライン、４８ａ正極母線、４８ｂ負極母線、５０メイン電子制御ユニット（メインＥＣＵ）、５１イグニッションスイッチ、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５７車速センサ、５８加速度センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２２ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２トランジスタ、Ｌリアクトル。

Claims

走行用の動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、充放電可能なバッテリと、前記バッテリがリレーを介して接続された低電圧系に接続されると共に前記インバータが接続された高電圧系に接続されスイッチング素子のスイッチングにより前記低電圧系と前記高電圧系との間で電圧の調整を伴って電力のやりとりを行なう昇降圧コンバータと、前記低電圧系の電圧を平滑する低電圧系コンデンサと、前記高電圧系の電圧を平滑する高電圧系コンデンサと、車両の衝突が生じたときには前記リレーがオフされるよう該リレーを制御する第１制御手段と、前記第１制御手段から通信により前記車両の衝突が生じた旨を示す信号を受信したときには前記高電圧系コンデンサの電荷が放電されるよう前記インバータと前記昇降圧コンバータとを制御する第２制御手段と、を備える電動車両において、
前記第２制御手段は、前記第１制御手段と該第２制御手段との間の通信異常が生じたときには、前記第１制御手段により前記リレーがオフされたか否かに拘わらず、前記インバータが駆動停止されると共に前記昇降圧コンバータのスイッチング素子が予め定められたデューティ比でスイッチングされるよう該インバータと該昇降圧コンバータとを制御する手段である、
ことを特徴とする電動車両。