JP2013009487A - 車両の異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モーターシステムの異常をより的確に検出することのできる車両の異常検出装置を提供する。
【解決手段】モーターシステムの異常検出の感度を、モーターシステムの動作状況、例えばインバーターのシャットダウンの有無やモーターの回転速度、レゾルバーの相間短絡の有無に応じて変更することで、異常に対して厳格に対応しなければならない状況では、確実な異常検出を可能としながらも、そうでない状況では、異常に対して過敏に反応しないようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、モーターシステムの異常を検出する車両の異常検出装置に関する。

近年、モーターを駆動源として使用する電気車両やハイブリッド車両が実用されている。そして従来、エンジンと発電用モーター、走行用モーターを備えるハイブリッド車両の異常検出装置として、特許文献１に記載の装置が提案されている。この異常検出装置では、エンジンの故障が検出されたときには、モーターシステムに電力を供給するバッテリーの放電の可否判定に係る基準値を下げるとともに、モーターによって車両の走行を継続するようにしている。

特開平１１−２８０５１３号公報

なお、上記のような電気車両やハイブリッド車両では、モーターの駆動電流や回転角度、温度を監視し、その検出値からモーターシステムの異常検出を行っている。すなわち異常判定の基準を厳しくして異常検出の感度を高くすると、本来であれば余り問題とならないような検出値の一時的な逸脱にも鋭敏に反応して、直ぐさま異常と判定されてしまうため、フェールセーフが頻繁に実施されてしまうようになる。一方、異常判定の基準を緩くして異常検出の感度を低くすると、フェールセーフが必要となるような異常の発生を見逃してしまい易くなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、モーターシステムの異常をより的確に検出することのできる車両の異常検出装置を提供することにある。

問題となってフェールセーフの実施が必要となるモーターシステムの異常の程度は、モーターシステムの動作状況によって変化する。すなわち、モーターシステムの動作状況によっては、わずかな異常でも直ちにフェールセーフに移らなければならい場合があったり、重大な異常でなければ、フェールセーフの実施が不要な場合があったりする。

その点、モーターシステムの異常を検出する車両の異常検出装置としての請求項１に記載の発明では、モーターシステムの異常検出の感度を同モーターシステムの動作状況に応じて変更している。すなわち、異常判定の基準を、モーターシステムの動作状況に応じて変えるようにしている。そのため、わずかな異常でもフェールセーフに移らなければならないような状況では、異常検出の感度を高めたり、重大な異常でなければフェールセーフが不要なときには、異常検出の感度を低くしたりするといったように、状況に応じた異常検出感度の設定が可能となる。したがって、請求項１に記載の発明によれば、モーターシステムの異常をより的確に検出することができるようになる。

モーターシステムの動作状況によっては、モーターシステムが、その異常に応じて実施されるフェールセーフ時と同様の動作状態とされることがある。例えばシフトレンジがニュートラルレンジにあるときには、モーターシステムを駆動する必要がなくなるため、モーターシステムのインバーターがシャットダウンされる。よって、異常に応じたフェールセーフとしてモーターシステムのインバーターをシャットダウンする場合には、ニュートラルレンジ時のモーターシステムは、フェールセーフ時と同様の動作状態となることになる。このような状況では、モーターシステムに異常が発生しても、直ちには問題とならない。そのため、請求項２によるように、モーターシステムがその異常の検出に応じて実施されるフェールセーフ時と同様の動作状態にあるときには、モーターシステムの異常検出の感度を低くすることができる。

一方、モーターシステムの異常としては、モーター電流を検出する電流センサーの異常がある。そしてモーター電流として交流電流が用いられている場合の電流センサーの異常として、オフセット異常がある。このオフセット異常は、電流センサーが、モーター電流の変動中心を本来の値からずれた値として検出してしまう異常となっている。

こうしたオフセット異常がモーターの高回転域で発生すると、モーターのトルク変動が大きなパワー変動を生じさせ、バッテリーへの影響が大きくなる。一方、モーターの低回転域では、オフセット異常が発生しても、余り大きなパワー変動は生じない。したがって、バッテリーへの影響を重視した場合には、モーターの高回転域での電流センサーのオフセット異常は、低回転域に比して許容し難いものとなる。また、オフセット異常によっては、モーターに振動が発生するが、こうしたオフセット異常に伴う振動は、モーターのトルク変動が大となる高回転域では、相対的に小さいものとなる。よって、オフセット異常に伴う振動の抑制を重視した場合には、モーターの低回転域での電流センサーのオフセット異常は、高回転域に比して許容し難いものとなる。

このように、何を重視するかによってオフセット異常がより問題となる回転域は変化するが、オフセット異常がどの程度まで許容できるかは、モーターの回転速度に応じて変化する。そのため、請求項３によるように、走行用モーターの駆動電流を検出する電流センサーのオフセット異常の検出に際しての異常検出感度をモーター回転速度に応じて変更するようにすると良い。

モーター回転角を検出するセンサーとしてレゾルバーがある。レゾルバーは、モーター回転軸にコイルを複数個取り付けたもので、その異常としてコイル間に短絡が発生する相間短絡がある。相間短絡は、一箇所のみで発生しても、モーターシステムの運用に支障はないため、システム異常とは見做さないことが可能である。ただし、相間短絡がもう一箇所発生すると、閉回路が形成されてしまい、レゾルバーが機能しなくなる。したがって、一箇所でも相間短絡が発生すれば、フェールセーフを必要とするような異常が生じ易い状態となることになる。そのため、請求項４によるように、モーター回転角を検出するレゾルバーの異常の検出に際して、同レゾルバーの相間短絡があるときには、ないときに比してその異常検出の感度を高くするようにすると良い。

本発明に係る車両の異常検出装置の一実施の形態についてその適用対象となるハイブリッド車両の駆動系の構成を模式的に示す略図。 同実施の形態における異常検出感度の設定態様を示す表図。

以下、本発明の車両の異常検出装置を具体化した一実施の形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。
まず図１を参照して、本実施の形態の異常検出装置の適用されるハイブリッド車両の駆動系の構成を説明する。同図に示すように、第１モータージェネレーター（第１ＭＧ）１及び第２モータージェネレーター（第２ＭＧ）２及びエンジン３は、動力分割プラネタリーギヤ４とリダクションプラネタリーギヤ５の２つの遊星歯車を有して構成された動力分割機構６に駆動連結されている。また更に動力分割機構６は、減速機７を介して駆動輪９の車軸（プロペラシャフト）８に駆動連結されている。また第１ＭＧ１、第２ＭＧ２は、インバーター１１を介してバッテリー１０に電気的に接続されている。

なお、このハイブリッド車両では、第１ＭＧ１は、主として発電に使用され、第２ＭＧ２は、主として走行に使用される。したがって本実施の形態では、第１ＭＧ１やインバーター１１及びそれらの周辺部品によって、発電用のモーターシステムが構成され、第２ＭＧ２やインバーター１１及びそれらの周辺部品によって、走行用のモーターシステムが構成されている。

エンジン３や第１ＭＧ１、第２ＭＧ２、バッテリー１０及びインバーター１１は、コントローラー１２によって制御されている。コントローラー１２は、メインシステムと複数のサブシステムから構成され、ハイブリッド車両の各部の制御は、メインシステムの指令に基づいて各部のサブシステムが実施する。

サブシステムは、自身の管理するアクチュエーターの異常検出を実施し、異常が検出されるとその旨をメインシステムに通知する。上述の発電用モーターシステムやモーターシステムにおいても、こうした態様で異常検出が行われている。例えば発電用モーターシステム、モーターシステムでは、例えば以下の異常検出が行われている。なお、このハイブリッド車両では、モーターシステムの異常が確認されたときには、フェールセーフとしてインバーター１１のシャットダウンが行われるようになっている。
・トルク異常の検出：第１ＭＧ１、第２ＭＧ２の出力するトルクが正常な範囲を逸脱していないかを検出する。
・電流センサー異常の検出：第１ＭＧ１、第２ＭＧ２に流される電流を検出する電流センサーがモーター電流の変動中心を本来の値からずれた値として検出されてしまう、オフセット異常の状態となっていないかを検出する。
・レゾルバー異常の検出：第１ＭＧ１や第２ＭＧ２の回転位相を検出するレゾルバーの動作が異常となっていないか検出する。

本実施の形態では、メインシステムは、モーターシステムの動作状況に応じて、上記のようなモーターシステムの異常の検出レベルを設定し、各サブシステムに指令する。そして指令を受けたサブシステムは、その指令に応じて異常の検出感度を変更して異常検出を実施する。

異常の検出感度は、例えば以下の態様で変更される。異常検出用にモニターされる値が規定の異常判定値以上となった状態が規定の異常判定時間以上継続することを条件に異常ありと判定する場合には、異常判定値を小さくしたり、異常判定時間を短くしたりすることで、異常の検出感度を高めることができる。このようにサブシステムは、異常判定値や異常判定時間を操作することで、異常の検出感度を変更している。

以下、本実施の形態での異常検出レベルの設定態様の詳細を説明する。本実施の形態では、メインシステムは、図２に示される態様で、異常の検出レベルを複数の感度に設定している。ここでは、異常の検出レベルを、モード（ｍｏｄｅ）１からモード３までの３段階に変更しており、モードの値が大きいほど、異常の検出感度が高められるようになっている。

まず、同図に示すように、メインシステムは、パーキングロックの作動するパーキングレンジ（Ｐレンジ）にシフトレンジが操作されているときには、ドライブレンジ（Ｄレンジ）やリバースレンジ（Ｒレンジ）といったそれ以外のレンジにシフトレンジが操作されているときに比して、異常の検出感度を低くするようにしている。具体的には、パーキングロックの作動時（Ｐレンジ時）には、条件や異常の種類に拘わらず、異常検出レベルはモード１に設定される。これに対してパーキングロックの非作動時（Ｄレンジ時やＲレンジ時）には、後述するインバーター１１のシャットダウン時を除き、異常検出レベルは、モード２乃至モード３に設定される。

また本実施の形態では、パーキングロックの非作動時（Ｄレンジ時やＲレンジ時）には、以下の態様で異常の検出レベルを設定している。
まず本実施の形態では、パーキングロックの非作動時においてメインシステムは、インバーター１１がシャットダウンされているときには、そうでないときに比してモーターシステムの異常検出の感度を低くしている。インバーター１１のシャットダウンは、上述したように異常検出時のフェールセーフとして行われる他、モーターシステムの駆動が不要となることから、シフトレンジがニュートラルレンジにあるときにも行われる。具体的には、インバーター１１のシャットダウン時（ＳＤＯＷＮ時）には、条件や異常の種類に拘わらず、異常の検出レベルはモード１に設定される。これに対して、インバーター１１がシャットダウンされていないとき（ＳＤＯＷＮ解除時）には、異常の検出レベルは、モード２乃至モード３に設定される。

また本実施の形態では、パーキングロックが非作動で、かつインバーター１１がシャットダウンされていないときには、以下の態様で異常検出感度を設定している。
すなわち、本実施の形態では、パーキングロックが非作動で、かつインバーター１１がシャットダウンされていないときにメインシステムは、第１ＭＧ１や第２ＭＧ２が高回転で運転される中速、高速走行時には、それらが低回転で運転される停車中や低速走行時に比して、電流センサーのオフセット異常の検出感度を高くしている。具体的には、中、高速走行時には、電流センサーのオフセット異常の検出レベルはモード３に設定され、停車中あるいは低速走行時には、電流センサーのオフセット異常の検出レベルはモード２に設定される。

また本実施の形態では、パーキングロックが非作動で、かつインバーター１１がシャットダウンされていないときにメインシステムは、レゾルバーの相間短絡が確認されているときには、そうでないときに比して、レゾルバー異常の検出感度を高くしている。具体的には、レゾルバーの相間短絡があるときには、レゾルバー異常の検出レベルはモード３に設定され、相間短絡がないときには、レゾルバー異常の検出レベルはモード２に設定される。

続いて、以上のように構成された本実施の形態の作用について説明する。
まず、本実施の形態では、パーキングロックの作動時には、非作動時に比して、異常の検出感度が低くされる。パーキングロックの作動時には、第１ＭＧ１や第２ＭＧ２のトルクが多少発生しても、車両の停止状態を維持できる。そのため、パーキングロックの作動時には、多少のモータートルクの発生は許容できることとなり、このときのモーターシステムの異常検出の感度は低くしても良いことになる。

また本実施の形態では、インバーター１１がシャットダウンされているとき（ＳＤＯＷＮ時）には、シャットダウンされていないとき（ＳＤＯＷＮ解除時）に比してモーターシステムの異常検出の感度が低くされる。シフトレンジがニュートラルレンジにあるときにインバーター１１はシャットダウンされるが、インバーター１１のシャットダウンは、異常検出時のフェールセーフとしても実施される。そのため、ニュートラルレンジ時のモーターシステムは、フェールセーフ時と同様の動作状態となることになる。このような状況では、モーターシステムに異常が発生しても、直ちには問題とならない。そのため、モーターシステムの異常検出の感度を低くしても良いこととなる。

更に本実施の形態では、第１ＭＧ１や第２ＭＧ２が高回転で運転されるときには、そうでないときに比して、電流センサーのオフセット異常の検出感度が高くされる。電流センサーのオフセット異常が第１ＭＧ１や第２ＭＧ２の高回転域で発生すると、それらのトルク変動が大きなパワー変動を生じさせ、バッテリー１０への影響が大きくなる。一方、第１ＭＧ１や第２ＭＧ２の低回転域では、電流センサーのオフセット異常が発生しても、余り大きなパワー変動は生じない。したがって、バッテリーへの影響を重視した場合には、モーターの高回転域での電流センサーのオフセット異常は、低回転域に比して許容し難いものとなる。

加えて、本実施の形態では、レゾルバーの相間短絡があるときには、相間短絡がないときに比してレゾルバー異常の検出感度が高くされる。レゾルバーは、モーター回転軸にコイルを複数個取り付けたもので、その異常としてコイル間に短絡が発生する相間短絡がある。相間短絡は、一箇所のみで発生しても、モーターシステムの運用に支障はないため、システム異常とは見做さないことが可能である。ただし、相間短絡がもう一箇所発生すると、閉回路が形成されてしまい、レゾルバーが機能しなくなる。したがって、一箇所でも相間短絡が発生すれば、システム異常が生じ易い状態となることになる。

以上の本実施の形態の車両の異常検出装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、モーターシステムの異常検出の感度を同モーターシステムの動作状況に応じて変更している。すなわち、異常判定の基準を、モーターシステムの動作状況に応じて変えるようにしている。そのため、わずかな異常でもフェールセーフに移らなければならないような状況では、異常検出の感度を高めたり、重大な異常でなれけばフェールセーフが不要なときには、異常検出の感度を低くしたりすることが可能となり、モーターシステムの異常をより的確に検出することができるようになる。

（２）本実施の形態では、モーターシステムがその異常の検出に応じて実施されるフェールセーフ時と同様の動作状態、すなわちインバーター１１がシャットダウンされた状態にあるときには、モーターシステムの異常の検出感度を低くするようにしている。そのため、異常が直ちに問題とならない状況では、異常の検出感度を下げることができ、状況に応じた的確な異常検出が可能となる。

（３）本実施の形態では、モーターの駆動電流を検出する電流センサーのオフセット異常の検出に際しての異常検出感度をモーター回転速度に応じて変更するようにしている。具体的には、モーターの回転速度が高いときには、低いときに比して、電流センサーのオフセット異常の検出感度を高くしている。そのため、電流センサーのオフセット異常がバッテリー等に与える影響が大きいときに、高い感度で異常を検出することができ、状況に応じた的確な異常検出が可能となる。

（４）本実施の形態では、レゾルバーの相間短絡の検出時には、レゾルバー異常検出の感度を高くするようにしている。そのため、レゾルバーに相間短絡が発生して、異常が生じ易い状態となったときに、高い感度で異常を検出することができ、状況に応じた的確な異常検出が可能となる。

（５）本実施の形態では、パーキングロックの作動時に応じて異常の検出感度を変更するようにしている。具体的には、パーキングロックの作動時には、その非作動時に比して、異常の検出感度を低くしている。そのため、異常によって第１ＭＧ１、第２ＭＧ２が多少のトルクを発生しても問題とならない状況では、異常の検出感度を下げることができ、状況に応じた的確な異常検出が可能となる。

なお、上記実施の形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、３段階の異常の検出レベルを設定し、異常の検出感度を３段階に変更していたが、検出レベルの段階数は、３段階に限らず、適宜に変更しても良い。

・上記実施の形態では、異常検出時のフェールセーフとしてインバーター１１のシャットダウンを実施するようにしていた。異常検出時のフェールセーフがこれ以外の態様で行われる場合にも、モーターシステムがそのフェールセーフ時と同様の動作状態にあるときに異常が検出されても、結局、現状の動作状態が維持されるだけである。そのため、フェールセーフの内容を問わず、モーターシステムがそのフェールセーフ時と同様の動作状態にあるときに異常検出の感度を低くすれば、異常が直ちに問題とならない状況での異常の検出感度を下げることができ、状況に応じた的確な異常検出が可能となる。

・上記実施の形態では、車速から把握されるモーターの回転速度の高低に応じて異常の検出感度を変更していたが、計測したモーターの回転速度に応じて異常の検出感度を変更するようにしても良い。

・上記実施の形態では、モーターの回転速度が高いときには、同回転速度が低いときに比して、電流センサーのオフセット異常の検出感度を高くしていた。電流センサーのオフセット異常によっては、モーターに振動が発生するが、こうしたオフセット異常に伴う振動は、モーターのトルク変動が大となる高回転域では、相対的に小さいものとなる。よって、オフセット異常に伴う振動の抑制を重視した場合には、モーターの低回転域での電流センサーのオフセット異常は、高回転域に比して許容し難いものとなる。したがって、オフセット異常に伴う振動の抑制を重視する場合には、モーターの回転速度が低いほど、電流センサーのオフセット異常の検出感度を高くすると良い。

・上記実施の形態では、パーキングロックの作動時には、その非作動時に比して異常の検出感度を低くしていた。パーキングロックの作動時には車両を確実に制止しておく必要があると考えた場合には、走行用モーターのトルク発生は許容できないことになる。そのため、この場合には、パーキングロックの作動時のモーターシステムの異常検出の感度は高くしなければならないことになる。したがって、パーキングロック作動時の車両の制止性を重視する場合には、パーキングロックの作動時の異常の検出感度を、その非作動時に比して高くすると良い。

・上記実施の形態では、下記（イ）〜（ニ）の異常検出感度の変更を行うようにしていたが、それらのいずれか１つ以上を割愛して実施するようにしても良い。
（イ）モーターシステムがその異常の検出に応じて実施されるフェールセーフ時と同様の動作状態にあるときのモーターシステムの異常の検出感度を低くすること。
（ロ）モーターの駆動電流を検出する電流センサーのオフセット異常の検出に際しての異常検出感度をモーター回転速度に応じて変更すること。
（ハ）レゾルバーの相間短絡があるときに、レゾルバー異常の検出の感度を高くすること。
（二）パーキングロックの作動時に応じて異常の検出感度を変更すること。

・上記（イ）〜（ニ）以外でも、問題となってフェールセーフの実施が必要となるモンーターシステムの異常の程度が変化するようなモーターシステムの動作状況があれば、そうした動作状況に応じて異常の検出感度を変更するようにすれば、モーターシステムの異常をより的確に検出することが可能となる。

次に、上記実施の形態及びその変形例から把握することのできる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）パーキングロックの作動に応じて前記異常検出の感度を変更する請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の異常検出装置。

パーキングロックの作動時には、モータートルクが多少発生しても、車両の停止状態を維持できる。そう考えた場合には、パーキングロックの作動時には、走行用モーターの多少のトルク発生は許容できることとなり、このときのモーターシステムの異常検出の感度は低くしても良いことになる。一方、パーキングロックの作動時には車両を確実に制止しておく必要があると考えた場合には、走行用モーターのトルク発生は許容できないことになる。そのため、この場合には、パーキングロックの作動時のモーターシステムの異常検出の感度は高くしなければならないことになる。このように、パーキングロックが作動しているか否かによっては、必要とされる異常検出の感度は変わるようになる。そのため、パーキングロックの作動の有無に応じてモーターシステムの異常検出の感度を変更するようにすると良い。

１…第１モータージェネレーター（第１ＭＧ：モーターシステム）、２…第２モータージェネレーター（第２ＭＧ：モーターシステム）、３…エンジン、４…動力分割プラネタリーギヤ、５…リダクションプラネタリーギヤ、６…動力分割機構、７…減速機、８…車軸、９…駆動輪、１０…バッテリー、１１…インバーター（モーターシステム）、１２…コントローラー。

Claims (4)

1. モーターシステムの異常を検出する車両の異常検出装置において、
   前記モーターシステムの異常検出の感度を同モーターシステムの動作状況に応じて変更する
   ことを特徴とする車両の異常検出装置。
2. 前記モーターシステムがその異常の検出に応じて実施されるフェールセーフ時と同様の動作状態にあるときには、前記異常検出の感度を低くする
   請求項１に記載の車両の異常検出装置。
3. モーター電流を検出する電流センサーのオフセット異常の検出に際しての前記異常検出の感度をモーター回転速度に応じて変更する
   請求項１又は２に記載の車両の異常検出装置。
4. モーター回転角を検出するレゾルバーの異常の検出に際して、同レゾルバーの相間短絡があるときには、ないときに比してその異常検出の感度を高くする
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の異常検出装置。

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