JP2012187987A - 車両用インテークドア制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ回路故障を電力制御装置の自己診断機能で検出し、故障を検出した場合には、インテークドアを制御して内気導入に切り替えることが可能な車両用インテークドア制御装置を提供する。
【解決手段】車両２は、車両駆動装置１を構成するモータ制御装置１８と、モータ制御装置１８を制御するＨＶ制御装置１９と、外気導入又は内気導入を切り替えるインテークドア４８、送風のためのブロアファン５１、及び熱交換器４９とを有する空調ユニット４０と、インテークドア４８を作動させる駆動モータ４７を制御するインテークドア制御装置４５と、を有している。インテークドア制御装置４５は、ガス検出器５３からガス濃度を取得し、ガス濃度が所定値を超える場合、又は、インバータ回路の故障検出時には、インテークドア４８を外気導入から内気導入に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流モータを制御する電力制御装置と、空調ユニットと、を有する電気自動車に搭載され、空調ユニットのインテークドアを制御する車両用インテークドア制御装置に関する。

従来、車両のエアコンユニット（空調ユニット）には、車室外の排気ガス濃度を検出し、外気が清浄状態の時は外気導入を行い、外気が汚染状態の時は内気導入として車室内の空気を循環させるインテークドア制御装置を搭載した空調ユニットが知られている（例えば、特許文献１）。また、特許文献２には、外気の排気ガス濃度を検出するガスセンサを設け、このガスセンサの出力値に基づきインテークドアの目標位置を演算し、この目標位置となるようにインテークドアを駆動制御して外気導入口から導入される外気と内気導入口から導入される内気との導入割合を制御する構成が開示されている。

特開２０００−１３５９１９号公報 特開２００５−８８８４４号公報

上述した特許文献の技術では、排気ガスを検出した後に外気導入から内気導入に切り替える方法であるため、検出遅れにより車内への排気ガスの侵入を防止できないおそれがあることに加え、検出遅れを解消するため空調ユニットに複数の排気ガスセンサを取り付けることが必要となり、コストアップとならざるを得ない。また、電気自動車の車両故障時における牽引や惰性走行では外力によって交流モータが回転することにより発電が行われ、インバータ回路に逆起電力が加わることで発熱し、発熱が継続することで臭気が発生する場合がある。

そこで、本発明では、車両の空調ユニットにおけるインテークドア制御において、エンジンルーム内での臭気を発生させる原因となるインバータ回路故障を電力制御装置の自己診断機能で検出し、故障を検出した場合には、インテークドアを制御して内気導入に切り替えることが可能な車両用インテークドア制御装置を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る車両用インテークドア制御装置は、交流モータを制御する電力制御装置と、空調ユニットと、を有する電気自動車に搭載され、空調ユニットのインテークドアを制御する車両用インテークドア制御装置において、電力制御装置の故障を検出する故障検出手段と、故障検出手段によって検出された情報に基づいて臭気侵入を予防する臭気侵入予防手段と、を有し、臭気侵入予防手段は、インテークドアを外気導入から内気導入に切り替えることにより臭気の侵入を予防するインテークドア駆動手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る車両用インテークドア制御装置において、電力制御装置は、交流モータの各相に電力を切り替えて供給する上下段のトランジスタによって構成されたインバータ回路を有し、故障検出手段は、インバータ回路の短絡故障を少なくとも電源投入時に検出することを特徴とする。

また、本発明に係る車両用インテークドア制御装置において、故障検出手段は、インバータ回路の少なくとも１相の短絡故障を検出することを特徴とする。

また、本発明に係る車両用インテークドア制御装置において、故障検出手段は、電源投入後、予め決められた時間間隔で実行するように構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る車両用インテークドア制御装置において、臭気侵入予防手段は、ラジエータファンを逆回転させることにより車両前方に臭気を排出させる臭気排出手段を有することを特徴とする。

本発明に係る車両用インテークドア制御装置を用いることにより、臭気が発生する可能性があるインバータ回路の故障時に予めインテークドアを制御して内気導入にすることで臭気の侵入予防又は侵入防止を図ることができるという効果がある。

本発明の実施形態に係るインテークドア制御装置を有する車両の構成を示した構成図である。 本発明の実施形態に係るインテークドア制御の処理の流れを示すフローチャート図である。 図１に示した車両駆動装置の構成を示した構成図である。 図３に示したインバータの故障状況を説明する説明図である。 図３に示したインバータの故障判定の処理の流れを示すフローチャート図である。 図３に示したインバータの多相短絡故障判定の処理の流れを示すフローチャート図である。 車両故障時における被駆動系の一相短絡から三相ＯＮまでのモータの短絡電流と回転数との関係を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態に係るインテークドア処理の流れを示すフローチャート図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は、空調ユニット４０のインテークドア４８を制御する車両用インテークドア制御装置（以下、インテークドア制御装置４５という。）を有するハイブリッド（ＨＶ）自動車である車両２の構成を示している。車両２は、車両駆動装置１を構成するモータ制御装置１８と、モータ制御装置１８を制御するＨＶ制御装置１９と、外気導入又は内気導入を切り替えるインテークドア４８、送風のためのブロアファン５１、及び熱交換器４９とを有する空調ユニット４０と、インテークドア４８を作動させる駆動モータ４７を制御するインテークドア制御装置４５と、を有している。

ハイブリッド自動車のモータ制御では、三相交流モータが使用され、各相に駆動電流のフィードバック制御を伴って実行される。モータ制御装置は、検出した電流センサの信号から電流オフセットを適切に検出し、電流を経時的に学習することで、電流センサの測定精度を高め、適切なフィードバック制御や三相交流モータの状況モニタ及び故障検出を実現している。また、インテークドア制御装置４５は、ガス検出器５３からガス濃度を取得し、ガス濃度が所定値を超える場合、又は、後述するインバータ回路の故障検出時には、インテークドア４８を外気導入から内気導入に切り替える。さらに、インテークドア制御装置４５はＨＶ制御装置１９と通信をすることにより車両の各種情報の入手及び、ＨＶ制御装置１９が制御しているラジエータファン５２に対して、臭気をエンジンルーム外に排出させるためにラジエータファン逆回転指示を出力することも可能である。

図２はインテークドア制御の処理の流れを示し、図２を用いてインテークドア制御について概説する。本実施形態では、インバータ故障による外気の汚れ（臭気）を検知して空調ユニットのインテークドアを外気導入から内気導入に切り替える間に臭気が外気導入され、乗員に不快な思いをさせる前に、臭気の発生する可能性のある状態を検出することにより、素早い対応による臭気侵入防止を図ることをその目的の一つとしている。

本実施形態では、モータ制御装置が電源投入時及び予め決められた時間間隔で実行する自己診断の結果をインテークドア制御装置が取得して車室内への臭気侵入を予防する処理を実行する。インテークドア制御の流れは、図２に示すように、ステップＳ０１において、自己診断の結果を電源投入時及び予め決められた時間間隔で取得し、インバータ故障（少なくとも一相短絡）を検知する。なお、具体的な一相短絡検出方法については後述する。

ステップＳ０１において、もし、インテークドア制御装置がインバータ故障を検出すると、ステップＳ０２に移り、モータ制御装置及びＨＶ制御装置から短絡電流及びモータ回転数などを取得する。次に、インテークドア制御装置は取得した情報に基づいてインバータの少なくとも一相が短絡故障していると判断した場合には、ステップＳ０３において、臭気の発生に備えてインテークドアを駆動して外気導入から内気導入に切り替えてメイン処理に戻ることになる。次に、本実施形態における車両駆動装置１について概説する。

図３は図１に示した車両駆動装置１の構成を示している。車両駆動装置１は、直流電源であるバッテリ１５と、バッテリ１５の電圧を省圧するコンバータ２７と、主に車両を駆動するＭＧ１モータ１１と、ＭＧ１モータ１１に接続されたインバータ２８と、モータ又は発電機として機能するＭＧ２モータ１２と、ＭＧ２モータ１２に接続されたインバータ２９と、これらのモータを制御するモータ制御装置１８と、モータ制御装置１８を制御するＨＶ制御装置１９と、を含んでいる。また、車両駆動装置１には、各インバータ２８，２９の無通電状態を判定する無通電判定器１３，１４と、バッテリ電圧ＶＢを検出する電圧計１６と、昇圧された電圧ＶＨを検出する電圧計１７と、インバータの各相アーム（３１〜３６）からモータに印加される電流を検出する電流計（４１〜４４）が設けられている。

コンバータ２７及びインバータ２８，２９には、大電流用のトランジスタであるＩＧＢＴが高圧側と低圧側の上下に配置され、各ＩＧＢＴ（Ｑ１〜Ｑ１４）にはダイオード（Ｄ１〜Ｄ１４）が並列接続され、各相アームを有するアームモジュール（２１〜２６）が構成されている。また、インバータ２８，２９は、平滑コンデンサＣ１を介してリアクトルＬ１とＩＧＢＴとを有するコンバータ２７に接続されている。

モータ制御装置１８は、各ＩＧＢＴ（Ｑ１〜Ｑ１４）に駆動信号を出力することで、コンバータ２７やインバータ２８，２９を作動させることができる。各相アーム（３１〜３６）はＭＧ１モータ１１やＭＧ２モータ１２に接続され、モータ等に印加される電流を各電流計（４１，４２，４３，４４）にて検出し、モータ制御装置１８及び無通電判定器１３へ出力する。無通電判定器１３，１４は、モータ制御装置１８によって制御されるインバータ２８，２９の各ＩＧＢＴへの駆動信号と、各電流計で検出した電流値と、に基づいて正常な無通電状態を判定してモータ制御装置１８へ判定信号（ＩＭＧ１，ＩＭＧ２）を出力する。

一般的に、インバータ２８，２９は、上下のＩＧＢＴが同時にオンとならないように、オン時の立ち上がり特性に遅れを持たせている。このため、低回転時、かつ、正常にＩＧＢＴが作動する場合においては、明確な無通電状態を検出することが可能である。しかし、ＩＧＢＴが正常に作動せず、又は、ＯＮの状態が続く場合には、無通電状態が継続する、又は、明確な無通電状態を検出することができなくなることから、このような場合には、何らかの不具合が発生したと判定できる。次に、故障の状況を三つの例を元に詳説する。

図４は図３に示したインバータの故障状況を示し、図４（１）はＵ相のみの一相短絡、図４（２）はＶ相とＵ相の二相短絡、図４（３）はＶ相とＵ相とＷ相との三相短絡を示している。ここで、図４（１）の一相短絡ではＵ相アーム３２のＩＧＢＴ（Ｑ３）が短絡し（その他のＩＧＢＴはＯＦＦ状態）となった状況を示している。図４（１）の一相短絡において、ＩＧＢＴ（Ｑ３）が短絡すると、各アームの上側が欄楽したＩＧＢＴ及びダイオード（Ｄ１，Ｄ５）のアノード側からカソード側に循環電流が流れることになり、短絡したＩＧＢＴ（Ｑ３）に電流Ｉが流れると仮定すると、Ｖ相のダイオード（Ｄ１）とＷ相のダイオード（Ｄ５）には、電流が各Ｉ／２流れることになる。ここで、この電流を測定することにより、Ｕ相における一相短絡を検出することが可能となる。

図４（２）の二相短絡ではＶ相とＵ相が短絡することで、Ｗ相のダイオードにＶ相とＵ相の短絡したＩＧＢＴに流れる電流の合成値が流れることになる。ここで、この電流を測定することにより二相短絡を検出することが可能となる。

図４（３）の三相短絡（三相ＯＮ）ではＶ相とＵ相とＷ相のＩＧＢＴが短絡することで、三つのダイオードに分算して電流が流れることになり、各相の電流を差分電流として測定することにより三相短絡を検出することが可能となる。

図５は図３に示したインバータの故障判定の処理の流れを示している。故障判定の処理は、ステップＳ１０において、低回転時の無通電判定器１３，１４からの判定信号にて、インバータ異常を検出することで開始される。なお、この段階では、インバータに何らかの異常が発生したことしか分からない。そこで、ステップＳ１０において、全てのＩＧＢＴをＯＦＦにして再度、無通電判定器１３，１４からの判定信号を取得する。取得した判定信号にて無通電状態が検出できない場合には、インバータの異常と判定してＭＧ１モータ１１及びＭＧ２モータ１２の低回転時に実行される零点調整を停止し、前回の零点情報を用いて以後の電流値を検出する。次に、ステップＳ１２において、上下アームのＩＧＢＴをＯＦＦ状態とする。これにより、ＭＧ１モータ１１及びＭＧ２モータ１２が自由回転すると循環電流が発生することになる。

次に、ステップＳ１４において、各電流センサ値を電流センサ（４１，４２）からＶ相とＷ層の電流を検出し、残りのＵ相は、Ｖ相とＷ相の電流から算出する。得られた各電流値が、予め設定されている最小検知電流値よりも大きい場合は、短絡故障の可能であると判断してステップＳ１８へ移る。もし、最小検知電流値以下の場合は、ステップＳ１６において短絡以外の故障と判定し、インバータの故障判定を抜けだしてメインルーチンへ戻る。

上述した短絡故障の可能性がある場合には、ステップＳ１８の各相電流の電流レベルを判定することにより、故障したＩＧＢＴを判定することができる。故障したＩＧＢＴを判定する処理式を以下に示す。なお、本実施形態にて特徴的な事項は、二つのスムージング処理によって得られる「なまし絶対値」と「絶対なまし値」である。なまし絶対値とは、スムージング処理によって信号をなまらせた後、信号の絶対値を取ることで、常に正電流値として取りだした値である。なまし絶対値｜Ｂｎ＋１｜は次の式で表すことができる。｜Ｂｎ＋１｜＝（今回値Ｂｎ−前回なまし値Ｂｎ−１）／なまし定数＊サンプリング時間＋前回なまし値Ｂｎ−１・・・（式１）なお、なまし定数はスムージングの重み係数である。

同様に、絶対なまし値とは、スムージング処理に用いる信号を絶対値として正電流とした後にスムージング処理によって信号をなまらせて取り出した値であり、今回値Ｂｎと前回なまし値との差分を取ることから正負の値となる。絶対なまし値Ｃｎ＋１は次の式で表すことができる。Ｃｎ＋１＝（｜今回値Ｂｎ｜−前回なまし値Ｃｎ−１）／なまし定数＊サンプリング時間＋前回なまし値Ｃｎ−１・・・（式２）

なお、交流成分を含む電流値では（式１）により得られた絶対なまし値と（式２）によって得られた正負の電流値を有するなまし絶対値との差分は所定の値を持ち、その差分はゼロにならないため、各相の差分電流値を用いて一相短絡、二相短絡及び三相短絡を電流レベルで判定することが可能となる。差分電流Ｄｎは次の式で表すことができる。Ｄｎ＝（絶対なまし値Ｃｎ−なまし絶対値Ｂｎ）・・・（式３）

図５のステップＳ１８において、予め実験により求められた判定用の一定値と比較し、一定値より差分電流が大きい場合には、多相短絡故障と判定してステップＳ２０の多相短絡故障判定処理を実行する。また、差分電圧が一定値以下の場合には、多相短絡故障と判定することができないため、一相短絡判定としてステップＳ２２に移る。

ステップ２２の一相短絡判定では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相における差分電圧を算出し、各相の差分電流の平均値をさらに算出する。次に、ステップＳ２４において、各相の差分電位の平均値から最大電流相を検出する。ステップＳ２６において、他の二相が短絡電流の１／２であるかを判定し、１／２である場合にはステップＳ３０に移る。もし、１／２とならない場合には、Ｓ２８において電流センサ異常と判定し、メインルーチンに戻る。

ステップＳ３０において、例えば、Ｕ相の電流の流れる方向から上下アームを特定できる場合には、退避走行を可能にするため、ステップＳ３２において、特定された上又は下の短絡アーム側のＶ相とＷ相をＯＮにしてモータの引きずりを防止して自由回転状態にする。さらに、ステップＳ３４において、他のインバータにて退避走行を実行し、メインルーチンに戻ることになる。

図６は図３に示したインバータの多相短絡故障判定の処理の流れを示している。二相短絡故障や三相短絡故障は頻度としては非常に少ないが、自由回転状態にするためには、故障した相を特定し、適切な処理を行う必要がある。図６の処理の流れでは、一例として二相短絡（Ｕ相、Ｖ相）についての処理について示す。この場合、ステップＳ４０において、二相電流値（Ｕ相、Ｖ相）のみ一定値を超えることになるため、ステップＳ４４に移り、さらに、二相同アーム短絡として判定する。なお、ステップＳ４４において、二相電流値が一定値以下の場合には、ステップＳ４８に移り、二相上下アーム短絡としてメインルーチンに戻る。

ステップＳ４６において、二相同アーム短絡と判定した場合、ステップＳ５０にて電流の方向により、上下アームを特定し、ステップＳ５２において、上側又は下側の短絡アームでない相をＯＮして、ステップＳ５４に移り、他のインバータにて退避走行を実行し、メインルーチンに戻ることになる。

なお、ステップＳ４０において、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が一定値を超えている場合には三相同アーム短絡であると判断してステップＳ４２に移る。この場合、すでに、三相がＯＮになっていることから自由回転状態となり、ステップＳ５４にて他のインバータにて退避走行を実行し、メインルーチンに戻ることになる。

図７は車両故障時における被駆動系の一相短絡から三相ＯＮまでのモータの短絡電流と回転数との関係を示している。図７に示すように、モータの回転数が約１，０００ｒｐｍを超えると、一相短絡と二相短絡及び三相短絡（ＯＮ）との短絡電流の差が大きくなり、モータの回転数と短絡電流との関係から、一相短絡、二相短絡及び三相短絡を判定可能であることが分かる。そこで、本実施形態では、図７に示した特性を用いてインバータの故障判定を、例えば、４，０００ｒｐｍ付近で判定することにより、より正確な判定を可能にしている。

図８は、他の実施形態に係るインテークドア処理の流れを示している。図８のステップＳ０１からステップＳ０３までは、図２に示したインテークドア制御と同様であるが、ステップＳ０３にてインテークドアにより外気導入から内気導入に切り替えた後にステップＳ０４において、ラジエータファンを逆回転させ、エンジンルーム内の臭気を車外に放出させることにより、効果的に臭気侵入防止を実現したものである。

以上、上述したように、本実施形態に係るインテークドア制御装置を用いることにより、臭気が発生する可能性があるインバータ回路の故障時に予めインテークドアを制御して内気導入にすることで臭気の侵入予防を図ることができる。なお、本実施形態で説明した数値は、各車両で適切に設定すべきものであり、これらの値に限定するものではない。

１ 車両駆動装置、２ 車両、１１ ＭＧ１モータ、１２ ＭＧ２モータ、１３，１４ 無通電判定器、１５ バッテリ、１６，１７ 電圧計、１８ モータ制御装置、１９ ＨＶ制御装置、２１〜２６ アームモジュール、２７ コンバータ、２８，２９ インバータ、３１〜３６ 相アーム、４０ 空調ユニット、４１〜４４ 電流計、４５ インテークドア制御装置、４７ 駆動モータ、４８ インテークドア、４９ 熱交換器、５１ ブロアファン、５２ ラジエータファン、５３ ガス検出器。

Claims (5)

1. 交流モータを制御する電力制御装置と、空調ユニットと、を有する電気自動車に搭載され、空調ユニットのインテークドアを制御する車両用インテークドア制御装置において、
   電力制御装置の故障を検出する故障検出手段と、
   故障検出手段によって検出された情報に基づいて臭気侵入を予防する臭気侵入予防手段と、
   を有し、
   臭気侵入予防手段は、
   インテークドアを外気導入から内気導入に切り替えることにより臭気の侵入を防止するインテークドア駆動手段を有することを特徴とする車両用インテークドア制御装置。
2. 請求項１に記載の車両用インテークドア制御装置において、
   電力制御装置は、交流モータの各相に電力を切り替えて供給する上下段のトランジスタによって構成されたインバータ回路を有し、
   故障検出手段は、インバータ回路の短絡故障を少なくとも電源投入時に検出することを特徴とする車両用インテークドア制御装置。
3. 請求項２に記載の車両用インテークドア制御装置において、
   故障検出手段は、インバータ回路の少なくとも１相の短絡故障を検出することを特徴とする車両用インテークドア制御装置。
4. 請求項２に記載の車両用インテークドア制御装置において、
   故障検出手段は、電源投入後、予め決められた時間間隔で実行するように構成されていることを特徴とする車両用インテークドア制御装置。
5. 請求項１に記載の車両用インテークドア制御装置において、
   臭気侵入予防手段は、ラジエータファンを逆回転させることにより車両前方に臭気を排出させる臭気排出手段を有することを特徴とする車両用インテークドア制御装置。
   

Images