JP2013066326A - Vehicle, and vehicle control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両および車両の制御方法に関し、より特定的には、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、故障発生時における車両搬送の際のインバータ制御に関する。 The present invention relates to a vehicle and a vehicle control method, and more particularly, to an inverter control when a vehicle is transported when a failure occurs in a vehicle capable of running by driving a motor generator with an inverter.
近年、環境に配慮した車両として、蓄電装置(たとえば二次電池やキャパシタなど)を搭載し、蓄電装置に蓄えられた電力から生じる駆動力を用いて走行する車両が注目されている。この車両には、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池車などが含まれる。 2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to a vehicle that is mounted with a power storage device (for example, a secondary battery or a capacitor) and travels using driving force generated from electric power stored in the power storage device as an environment-friendly vehicle. Examples of the vehicle include an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle.
これらの車両においては、一般的に、インバータを用いて蓄電装置からの直流電力をモータジェネレータなどの回転電機を駆動するための交流電力に変換する。そして、回転電機によって発生した駆動力を用いて車両を走行させるとともに、回生制動時などにおいては、駆動輪やエンジンなどからの回転力を電気エネルギに変換して蓄電装置を充電する。 In these vehicles, generally, an inverter is used to convert DC power from a power storage device into AC power for driving a rotating electrical machine such as a motor generator. And while driving a vehicle using the driving force which generate | occur | produced with the rotary electric machine, at the time of regenerative braking etc., the rotational force from a driving wheel, an engine, etc. is converted into an electrical energy, and an electrical storage apparatus is charged.
このような車両において、インバータに異常が生じた場合には、他の機器への影響等を防止するために適切な処置を行なうことが必要となる。 In such a vehicle, when an abnormality occurs in the inverter, it is necessary to take an appropriate measure in order to prevent the influence on other devices.
特開2006−087175号公報(特許文献1)は、電力を用いて走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子の短絡故障が生じた場合には、運転者に対して車両の牽引を禁止する旨の指示を行なうとともに、ブレーキを作動させて車輪の回転を物理的に停止させる構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2006-087175 (Patent Document 1) discloses that in a vehicle that can run using electric power, when a short circuit failure of a switching element included in an inverter occurs, the vehicle is pulled by the driver. A configuration for instructing prohibition and operating the brake to physically stop the rotation of the wheel is disclosed.
インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合には、一般的には、短絡電流によってインバータおよびその周辺機器のさらなる故障等を防止するために、インバータによるモータジェネレータの駆動が禁止される。その後、故障した車両は、他の車両による牽引等によって搬送されることになるが、モータジェネレータが回転子に永久磁石が埋め込まれた永久磁石型の回転電機である場合には、搬送の際に車輪の回転に伴ってモータジェネレータも回転してしまうと、モータジェネレータに逆起電力が発生する。 In a vehicle that can run by driving a motor generator with an inverter, if a short-circuit failure occurs in a switching element included in the inverter, in general, further failure of the inverter and its peripheral devices is prevented by the short-circuit current. Therefore, driving of the motor generator by the inverter is prohibited. After that, the failed vehicle will be transported by traction by other vehicles, but if the motor generator is a permanent magnet type rotating electrical machine with a permanent magnet embedded in the rotor, If the motor generator also rotates with the rotation of the wheel, a counter electromotive force is generated in the motor generator.
そうすると、蓄電装置からの電力を用いて、インバータにより積極的にモータジェネレータを駆動していなくても、スイッチング素子の短絡故障によって、インバータおよびモータジェネレータを含む回路に大きな短絡電流が流れ得る。これによって、回路を構成するインバータ、電流伝達経路およびモータジェネレータが発熱してしまい、これらの機器およびその周辺の機器の損傷や劣化の原因となり得る。 Then, even if the motor generator is not actively driven by the inverter using the electric power from the power storage device, a large short-circuit current can flow through the circuit including the inverter and the motor generator due to a short-circuit failure of the switching element. As a result, the inverter, the current transmission path, and the motor generator constituting the circuit generate heat, which may cause damage and deterioration of these devices and peripheral devices.
上記の特開2006−087175号公報(特許文献1)に開示された構成によれば、このような課題を解決するために、インバータに短絡故障が生じた場合には、車両の牽引が禁止されるとともに、車輪がブレーキによってロックされる。これによって、モータジェネレータの逆起電力の発生が防止できる。 According to the configuration disclosed in the above Japanese Patent Laid-Open No. 2006-087175 (Patent Document 1), in order to solve such a problem, when a short-circuit failure occurs in the inverter, traction of the vehicle is prohibited. And the wheel is locked by the brake. As a result, generation of counter electromotive force of the motor generator can be prevented.
しかしながら、このような状態になると、もはや他の車両での牽引や人力での移動が不可能となり、故障車両を安全な場所へ退避することが容易にできなくなったり、故障車両を搬送するための特殊な装置が必要となったりするといった不具合が生じ得る。 However, if this happens, it will no longer be possible to tow or move by other vehicles, and it will not be possible to easily evacuate the damaged vehicle to a safe place or to transport the damaged vehicle. Problems such as the need for special devices may occur.
したがって、故障発生時の車両の安全性を保証するためのフェールセーフ機能をより一層充実させるためには、車両内の機器を保護するとともに、故障状態であっても車両を移動できるようにすることが求められる。 Therefore, in order to further enhance the fail-safe function for ensuring the safety of the vehicle in the event of a failure, it is necessary to protect the equipment in the vehicle and to move the vehicle even in a failure state. Is required.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車両内の機器の二次故障を抑制しつつ車両の移動を可能とすることである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to cause a short-circuit failure in a switching element included in an inverter in a vehicle capable of running by driving a motor generator by the inverter. When the vehicle is transported, it is possible to move the vehicle while suppressing secondary failure of the equipment in the vehicle.
本発明による車両は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両であって、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、回転電機を駆動するインバータと、インバータを制御するための制御装置とを備える。インバータは、各々が上下アームを構成する2つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを含み、蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動する。制御装置は、回転電機が駆動力を発生していないにもかかわらず車両が移動している場合に、駆動アームのうちの1つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、車速に応じてインバータの駆動状態を変更する。 A vehicle according to the present invention is a vehicle capable of traveling using electric power from a power storage device, and controls a three-phase AC rotating electric machine for generating a driving force for driving, an inverter for driving the rotating electric machine, and the inverter. And a control device. The inverter includes a three-phase drive arm having two switching elements each constituting an upper and lower arm, and drives the rotating electrical machine by converting DC power from the power storage device into AC power. The control device controls the vehicle speed when a short circuit failure occurs in one of the switching elements in one phase of the drive arm when the vehicle is moving even though the rotating electrical machine does not generate a drive force. Change the drive status of the inverter accordingly.
好ましくは、制御装置は、車速が基準速度を上回る場合には、短絡故障が生じていない相の上下アームのうち、短絡故障が生じているスイッチング素子と同じ側のアームを導通状態に設定する。 Preferably, when the vehicle speed exceeds the reference speed, the control device sets the arm on the same side as the switching element in which the short circuit failure has occurred among the upper and lower arms of the phase in which the short circuit failure has not occurred.
好ましくは、制御装置は、車速が基準速度を下回る場合には、全ての駆動アームのスイッチング素子を非導通状態に設定する。 Preferably, when the vehicle speed is lower than the reference speed, the control device sets all the switching elements of the drive arms to a non-conduction state.
好ましくは、制御装置は、インバータから出力される故障信号、インバータと回転電機とを結ぶ電力伝達経路の温度、回転電機の温度、および回転電機に流れる電流の少なくとも1つに基づいて、短絡故障が生じているか否かを判定する。 Preferably, the control device detects a short circuit failure based on at least one of a failure signal output from the inverter, a temperature of a power transmission path connecting the inverter and the rotating electrical machine, a temperature of the rotating electrical machine, and a current flowing through the rotating electrical machine. Determine if it has occurred.
好ましくは、車両は、短絡故障が生じている場合に、ユーザへ通知するための警報装置をさらに備える。 Preferably, the vehicle further includes an alarm device for notifying the user when a short circuit failure has occurred.
本発明による車両の制御方法は、蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両についての制御方法である。車両は、走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、各々が上下アームを構成する2つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを有し蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して回転電機を駆動するインバータとを含む。制御方法は、回転電機から駆動力を発生していないにもかかわらず車両が移動しているか否かを判定するステップと、駆動アームのうちの1つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じているかを判定するステップと、車両が回転電機から駆動力を発生せずに移動しており、かつ、駆動アームのうちの1つの相に短絡故障が生じている場合に、車速に応じてインバータの駆動状態を変更するステップとを備える。 A vehicle control method according to the present invention is a control method for a vehicle that can travel using electric power from a power storage device. The vehicle has a three-phase AC rotating electric machine for generating a driving force for driving and a three-phase driving arm having two switching elements each constituting an upper and lower arm, and converts DC power from the power storage device into AC power. And an inverter that drives the rotating electrical machine. The control method includes a step of determining whether or not the vehicle is moving even though no driving force is generated from the rotating electrical machine, and a short-circuit failure occurs in one switching element in one phase of the driving arm. An inverter according to the vehicle speed when the vehicle is moving without generating a driving force from the rotating electrical machine and a short circuit failure has occurred in one of the driving arms. A step of changing the driving state.
本発明によれば、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車両内の機器の二次故障を抑制しつつ車両の移動を可能とすることができる。 According to the present invention, in a vehicle capable of running by driving a motor generator with an inverter, secondary failure of equipment in the vehicle is suppressed during transportation of the vehicle when a short circuit failure occurs in a switching element included in the inverter. In addition, the vehicle can be moved.
以下において、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、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about the same or equivalent part in a figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is not repeated.
[車両の基本構成]
図1は、本発明の実施の形態に従う車両100の全体ブロック図である。本実施の形態においては、車両100が電気自動車である構成を例として説明するが、車両100の構成はこれに限定されるものではなく、蓄電装置からの電力によって走行可能な車両であれば適用可能である。車両100としては、電気自動車以外にたとえばハイブリッド車両や燃料電池自動車などが含まれる。
[Basic configuration of vehicle]
FIG. 1 is an overall block diagram of a
図1を参照して、車両100は、蓄電装置110と、システムメインリレー(System Main Relay:SMR)115と、コンバータ120と、インバータ130と、モータジェネレータ140と、動力伝達ギヤ150と、駆動輪160と、警報装置200と、制御装置であるECU(Electronic Control Unit)300とを備える。
Referring to FIG. 1,
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。
The
蓄電装置110は、電力線PL1,NL1を介して、コンバータ120のコンバータ120に接続される。蓄電装置110は、モータジェネレータ140を駆動するための電力をコンバータ120へ供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ140で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力はたとえば200V程度である。
SMR115に含まれるリレーは、蓄電装置110と電力線PL1,NL1とにそれぞれ接続される。そして、SMR115は、ECU300からの制御信号SE1によって制御され、蓄電装置110とコンバータ120との間での電力の供給と遮断とを切換える。
Relays included in
コンデンサC1は、電力線PL1と電力線NL1との間に接続される。コンデンサC1は、電力線PL1と電力線NL1との間の電圧変動を低減する。 Capacitor C1 is connected between power line PL1 and power line NL1. Capacitor C1 reduces voltage fluctuation between power line PL1 and power line NL1.
コンバータ120は、スイッチング素子Q1,Q2と、ダイオードD1,D2と、リアクトルL1とを含む。
スイッチング素子Q1およびQ2は、電力線PL2,NL1の間に、電力線PL2から電力線NL1に向かう方向を順方向として直列に接続される。なお、本実施の形態において、スイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例として説明するが、IGBTに代えて、電力用MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタあるいは、電力用バイポーラトランジスタ等を用いてもよい。 Switching elements Q1 and Q2 are connected in series between power lines PL2 and NL1, with the direction from power line PL2 toward power line NL1 as the forward direction. In this embodiment, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is described as an example of the switching element, but a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor or a power bipolar transistor is used instead of the IGBT. Also good.
スイッチング素子Q1,Q2には、逆並列ダイオードD1,D2がそれぞれ接続される。リアクトルL1は、スイッチング素子Q1およびQ2の接続ノードと、電力線PL1との間に設けられる。すなわち、コンバータ120はチョッパ回路を形成する。
Antiparallel diodes D1 and D2 are connected to switching elements Q1 and Q2, respectively. Reactor L1 is provided between a connection node of switching elements Q1 and Q2 and power line PL1. That is,
スイッチング素子Q1,Q2は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて制御され、電力線PL1,NL1と、電力線PL2,NL1との間で電圧変換動作を行なう。
Switching elements Q1, Q2 are controlled based on control signal PWC from
コンバータ120は、基本的には、各スイッチング周期内でスイッチング素子Q1およびQ2が相補的かつ交互にオン・オフするように制御される。コンバータ120は、昇圧動作時には、蓄電装置110からの直流電圧を昇圧する。この昇圧動作は、スイッチング素子Q2のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q1および逆並列ダイオードD1を介して、電力線PL2へ供給することにより行なわれる。
また、コンバータ120は、降圧動作時には、インバータ130からの直流電圧を降圧する。この降圧動作は、スイッチング素子Q1のオン期間にリアクトルL1に蓄積された電磁エネルギを、スイッチング素子Q2および逆並列ダイオードD2を介して、電力線NL1へ供給することにより行なわれる。
これらの昇圧動作および降圧動作における電圧変換比は、上記スイッチング周期におけるスイッチング素子Q1,Q2のオン期間比(デューティ比)により制御される。なお、昇圧動作および降圧動作が不要の場合には、スイッチング素子Q1およびQ2をオンおよびオフにそれぞれ固定するように制御信号PWCを設定することで、電圧変換比=1.0(デューティ比=100%)とすることもできる。 The voltage conversion ratio in these step-up and step-down operations is controlled by the on-period ratio (duty ratio) of the switching elements Q1 and Q2 in the switching period. When the step-up operation and the step-down operation are not required, the voltage conversion ratio = 1.0 (duty ratio = 100) is set by setting the control signal PWC to fix the switching elements Q1 and Q2 to ON and OFF, respectively. %).
なお、本発明においては、コンバータ120は必須ではなく、蓄電装置110からの出力電圧がインバータ130に直接供給される構成であってもよい。
In the present invention,
コンデンサC2は、コンバータ120とインバータ130とを結ぶ電力線PL2,NL1の間に接続される。コンデンサC2は、電力線PL2と電力線NL1との間の電圧変動を低減する。電圧センサ170は、コンデンサC2にかかる電圧を検出し、その検出値VHをECU300へ出力する。
Capacitor C2 is connected between power lines PL2 and
インバータ130は、電力線PL2,NL1を介して、コンバータ120に接続される。インバータ130は、ECU300からの制御指令PWIにより制御され、コンバータ120から出力される直流電力を、モータジェネレータ140を駆動するための交流電力に電力変換する。
インバータ130は、U相アーム131と、V相アーム132と、W相アーム133とを含み、これらにより三相ブリッジ回路が形成される。U相アーム131、V相アーム132およびW相アーム133は、電力線PL2と電力線NL1との間に並列に接続される。
U相アーム131は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q3,Q4と、スイッチング素子Q3,Q4に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のカソードはスイッチング素子Q3のコレクタと接続され、ダイオードD3のアノードはスイッチング素子Q3のエミッタと接続される。ダイオードD4のカソードはスイッチング素子Q4のコレクタと接続され、ダイオードD4のアノードはスイッチング素子Q4のエミッタと接続される。
V相アーム132は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q5,Q6と、スイッチング素子Q5,Q6に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のカソードはスイッチング素子Q5のコレクタと接続され、ダイオードD5のアノードはスイッチング素子Q5のエミッタと接続される。ダイオードD6のカソードはスイッチング素子Q6のコレクタと接続され、ダイオードD6のアノードはスイッチング素子Q6のエミッタと接続される。
V-
W相アーム133は、電力線PL2と電力線NL1との間に直列接続されたスイッチング素子Q7,Q8と、スイッチング素子Q7,Q8に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のカソードはスイッチング素子Q7のコレクタと接続され、ダイオードD7のアノードはスイッチング素子Q7のエミッタと接続される。ダイオードD8のカソードはスイッチング素子Q8のコレクタと接続され、ダイオードD8のアノードはスイッチング素子Q8のエミッタと接続される。
W-
モータジェネレータ140は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータと中性点でY結線された三相コイルを有するステータとを備える三相交流電動発電機であり、U相,V相,W相の3つのコイルは、各々一方端が中性点に共に接続される。そして、U相コイルの他方端がスイッチング素子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スイッチング素子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スイッチング素子Q7,Q8の接続ノードに接続される。
The
モータジェネレータ140の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ150を介して駆動輪160に伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ140は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪160の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、インバータ130によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
The output torque of
また、モータジェネレータ140の他にエンジン(図示せず)が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ140を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置110を充電することも可能である。
Further, in a hybrid vehicle equipped with an engine (not shown) in addition to
なお、図1においては、モータジェネレータが1つ設けられる構成が示されるが、モータジェネレータの数はこれに限定されず、モータジェネレータを複数設ける構成としてもよい。たとえば、2つのモータジェネレータを備えるハイブリッド車両の場合には、一方のモータジェネレータを専ら駆動輪160を駆動するための電動機として用い、他方のモータジェネレータを専らエンジンにより駆動される発電機として用いるようにしてもよい。
Although FIG. 1 shows a configuration in which one motor generator is provided, the number of motor generators is not limited to this, and a configuration in which a plurality of motor generators are provided may be employed. For example, in the case of a hybrid vehicle including two motor generators, one motor generator is used exclusively as an electric motor for driving the
温度センサ180は、インバータ130とモータジェネレータ140との間の電力伝達経路に設けられ、これら電力伝達経路の温度を検出する。そして、温度センサ180は、その検出値TWをECU300へ出力する。
温度センサ185は、モータジェネレータ140の近傍、あるいは、モータジェネレータ140の内部に設けられる。温度センサ185は、モータジェネレータ140の温度を検出し、その検出値TMをECU300へ出力する。なお、モータジェネレータ140の温度としては、モータジェネレータ140の筐体の温度としてもよいし、固定子に含まれるコイルの温度としてもよい。
電流センサ190は、インバータ130とモータジェネレータ140との間の電力伝達経路に設けられる。モータジェネレータ140の各相に流れる電流の合計は基本的にはゼロとなるので、電流センサ190は、電力伝達経路の少なくともいずれか2相に設けられればよい。図1においては、たとえば、電流センサ190は、U相およびV相の電力伝達経路に設けられ、検出された電流Iu,IvはECU300に送られる。なお、電流センサ190で検出された電流を総称して「MCRT」とも称する。
速度センサ195は、駆動輪160の付近に設けられる。速度センサ195は、駆動輪160の回転速度に基づいて車速を検出し、その検出値SPDをECU300へ出力する。なお、車速SPDの検出については、速度センサ195に代えて、モータジェネレータ140の回転角度を検出する回転角センサ(図示せず)を用いてもよく、その場合は、検出された回転角および減速比等から、ECU300において車速SPDが演算される。
The
警報装置200は、異常が生じた場合に、ECU300からの制御信号ALMに基づいて、運転者へ異常の発生を通知するための装置である。警報装置200としては、たとえば、ブザーやチャイムなどのように聴覚的に通知するもの、およびランプや液晶表示器などのように視覚的に通知するものなどが含まれる。
The
ECU300は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両100および各機器の制御を行なう。ECU300における制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
なお、図1においては、制御装置として1つのECU300が備えられる構成を例として説明するが、制御装置の構成はこれに限定されない。たとえば、ECU300は、機器ごとや機能ごとに制御装置が設けられる構成としてもよい。
In addition, in FIG. 1, although demonstrated as an example the structure provided with one ECU300 as a control apparatus, the structure of a control apparatus is not limited to this. For example,
ECU300は、蓄電装置110からの電圧VB,電流IBを受ける。ECU300は、電圧VB,電流IBに基づいて、蓄電装置の充電状態(State of Charge:SOC)を演算する。ECU300は、ユーザの操作によるイグニッション信号IGを受ける。
ECU300は、インバータ130の故障を示す故障信号FLTをインバータ130から受ける。故障信号FLTは、たとえば、U,V,W相のいずれに異常が生じているか否か、およびスイッチング素子Q3〜Q8のいずれに異常が生じているか否かなどの情報を含む。
[インバータ短絡故障発生時の問題点]
このような車両100において、走行中に、たとえばインバータ130のU相アーム131のスイッチング素子Q3が導通状態のままとなってしまう短絡故障が生じた場合に、そのままスイッチング動作を継続して走行を行なうと、U相の下アームのスイッチング素子Q4が導通状態にされたときに、電力線PL2およびNL1間が短絡し、電力線PL2からNL1に向かう方向に大きな短絡電流が流れる。この短絡電流が継続的に流れることにより、故障していないスイッチング素子Q4についても破損してしまったり、電力線PL2,NL1などの電力経路が発熱したりするおそれがある。
[Problems when an inverter short-circuit failure occurs]
In such a
そのため、上記のようなインバータ130の異常が生じた場合には、速やかにインバータ130を停止することが望ましい。
Therefore, it is desirable to stop the
しかしながら、インバータ130を停止した場合には、車両100が自力で車両を安全な場所まで移動することができないため、たとえば、他の車両による牽引や人力で移動することが必要となる。
However, when the
ところが、図1のような構成の車両100においては、モータジェネレータ140の出力軸がクラッチ等によって物理的に切り離されない限りは、車両100の移動により駆動輪160が回転すると、それに伴ってモータジェネレータ140も回転し得る。このとき、モータジェネレータ140が、上述のような回転子に永久磁石を有する永久磁石型の回転電機である場合には、ロータが回転することによって、各相コイルに誘導電圧が発生する。
However, in the
そうすると、たとえば、図2に示されるように、U相上アームのスイッチング素子Q3が短絡故障し、モータジェネレータ140のU,V,W相に発生する電位がそれぞれVu,Vv,Vw(Vv>Vw>Vu)であるような場合には、モータジェネレータ140のV相端子から、ダイオードD5および短絡故障したスイッチング素子Q3を経由してU相端子に至る経路で、実線矢印AR10のような短絡電流が流れる。また、W相端子の電位VwがV相端子の電位Vvよりも大きい場合(Vw>Vv>Vu)には、W相端子から、ダイオードD7および短絡故障したスイッチング素子Q3を経由してU相端子に至る経路で、破線矢印AR20のような短絡電流が流れる。
Then, for example, as shown in FIG. 2, switching element Q3 of the U-phase upper arm is short-circuited, and the potentials generated in U, V, and W phases of
モータジェネレータ140の逆起電力により発生する誘起電圧は、モータジェネレータ140の回転速度に比例するため、他の車両による牽引等によってモータジェネレータ140の回転速度が上昇すれば、モータジェネレータ140の誘起電圧も高くなり、回路に流れる短絡電流も増大する。短絡電流が過大になると、たとえば、インバータ130の構成部品や電力伝達経路が耐熱温度を超過してしまったり、モータジェネレータ140のコイルが発熱することによって永久磁石が減磁されて回転電機としての機能が損なわれたりする可能性がある。
Since the induced voltage generated by the counter electromotive force of the
そこで、本実施の形態においては、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、車速に応じてインバータの駆動状態を変更するインバータ駆動制御を実行する。 Therefore, in the present embodiment, in a vehicle that can be driven by driving a motor generator with an inverter, the inverter drive state according to the vehicle speed when the vehicle is transported when a short circuit failure occurs in the switching element included in the inverter. Inverter drive control is executed.
[インバータ駆動制御の説明]
図3は、本実施の形態によるインバータ駆動制御の概要を説明するための図である。図3を参照して、図2と同様に、インバータ130におけるU相の上アームのスイッチング素子Q3に短絡故障が発生したものと仮定する。
[Description of inverter drive control]
FIG. 3 is a diagram for explaining an overview of inverter drive control according to the present embodiment. Referring to FIG. 3, as in FIG. 2, it is assumed that a short circuit failure has occurred in switching element Q <b> 3 of the upper arm of U phase in
この状態において、車両100の移動が行われると、図2で説明したように、実線矢印AR30のような短絡電流が流れ得る。
When the
このとき、車両100の速度(すなわち、モータジェネレータ140の回転速度)が低い場合には、モータジェネレータ140に発生する誘起電圧が低いため、短絡経路に流れる電流も小さく発熱の度合いも少ない。そのため、矢印AR30で示される短絡経路に短絡電流を流し続けたとしても、機器の損傷につながる可能性は小さい。したがって、車速が低い場合には、インバータ130がシャットダウンされ、インバータ130の全てのスイッチング素子Q3〜Q8が非導通に設定される(ただし、スイッチング素子Q3は短絡故障により導通状態となる)。
At this time, when the speed of the vehicle 100 (that is, the rotational speed of the motor generator 140) is low, the induced voltage generated in the
一方、車両100の速度が高い場合には、短絡経路に流れる電流も大きくなり、機器の損傷につながる可能性が大きくなるため、故障が生じているスイッチング素子と同じアーム(図3の場合は上アーム)の各相のスイッチング素子Q3,Q5,Q7を導通状態に切換える(以下、「三相オン制御」とも称する。)。これによって、実線矢印AR30のように流れている電流の一部が、破線矢印AR40のように、W相のスイッチング素子Q7を介してモータジェネレータ140のV相端子へ至る経路に分岐される。
On the other hand, when the speed of the
また、図3には示されていないが、W相端子の電位VwがV相端子の電位Vvよりも大きい場合には、図2の矢印AR20のようなV相端子からダイオードD7およびスイッチング素子Q3を介してU相端子に至る経路に流れる短絡電流の一部が、V相のスイッチング素子Q5を介してV相端子に至る経路に分岐される。 Although not shown in FIG. 3, when the potential Vw of the W-phase terminal is larger than the potential Vv of the V-phase terminal, the diode D7 and the switching element Q3 from the V-phase terminal as indicated by the arrow AR20 in FIG. A part of the short-circuit current flowing through the path leading to the U-phase terminal via is branched to the path reaching the V-phase terminal via the V-phase switching element Q5.
このように、車速が大きく短絡電流が大きくなる場合には、短絡電流を複数の経路に分散することによって過大な発熱の発生が抑制されるので、インバータ130の構成部品や電力伝達経路の発熱が過大となることが防止できる。
Thus, when the vehicle speed is high and the short circuit current is large, the generation of excessive heat is suppressed by distributing the short circuit current to a plurality of paths, so that the heat generation of the components of the
一方で、モータジェネレータ140においては、短絡電流が流れることによってトルクが発生する。このトルクは、車両を移動させる力に抗する制動トルクとして作用するため、以下ではこの制動トルクを「引きずりトルク」とも称する。この引きずりトルクは、車速(あるいは、モータジェネレータ140の回転速度)との間に、図4に示すような関係が成立する。
On the other hand, in
図4は、一相短絡状態の場合および三相オン制御の場合における、モータジェネレータに発生する引きずりトルクと車速(モータジェネレータの回転速度)との関係の一例を説明するための図である。図4に示す関係は、たとえば図3で示したようなU相上アームのスイッチング素子Q3が短絡故障した状態で、スイッチング素子Q3〜Q8をすべて非導通に設定した場合、およびスイッチング素子Q3,Q5,Q7を導通状態に設定する三相オン制御とした場合の各々について、図3に示す短絡電流が流れたときに生じる引きずりトルクを示したものである。なお、引きずりトルクは、モータジェネレータ140の力行制御時に発生するトルクと区別するために負の値で表わされている。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the relationship between the drag torque generated in the motor generator and the vehicle speed (rotation speed of the motor generator) in the case of the one-phase short-circuit state and the case of the three-phase on control. The relationship shown in FIG. 4 is, for example, when the switching element Q3 of the U-phase upper arm as shown in FIG. 3 is short-circuited and the switching elements Q3 to Q8 are all set to non-conducting, and the switching elements Q3 and Q5 , Q7 shows the drag torque generated when the short-circuit current shown in FIG. The drag torque is represented by a negative value in order to distinguish it from torque generated during power running control of
図4において、実線の曲線W10は一相短絡状態の場合の引きずりトルクを示しており、破線の曲線W20は三相オン制御の場合の引きずりトルクを示している。 In FIG. 4, a solid curve W10 indicates the drag torque in the case of the one-phase short-circuit state, and a broken curve W20 indicates the drag torque in the case of the three-phase on control.
図4に示されるように、一相短絡状態の場合には、車速SPDおよびモータジェネレータの回転速度MRNが上昇するにつれて、引きずりトルクの絶対値が大きくなることがわかる。これに対して、三相オン制御が実行される場合には、引きずりトルクは、低速度域の所定の速度において極値を有しており、この所定の速度から上昇するにつれて小さくなる傾向を示している。 As shown in FIG. 4, in the case of the one-phase short circuit state, it can be seen that the absolute value of the drag torque increases as the vehicle speed SPD and the rotation speed MRN of the motor generator increase. On the other hand, when the three-phase on control is executed, the drag torque has an extreme value at a predetermined speed in the low speed range, and tends to become smaller as the speed increases from the predetermined speed. ing.
すなわち、一相短絡状態の場合と三相オン制御の場合とでは、引きずりトルクは互いに異なる特性を有しており、図4中の基準速度Vth(基準回転速度Nth)を境として、大小関係が反転している。これより、基準速度Vthより低い速度領域においては一相短絡状態とし、基準速度Vthより高い速度領域においては三相オン制御とすることによって引きずりトルクを低くでき、車両搬送時に要する駆動力を小さくすることができる。特に、人力で車両を移動させる場合には、引きずりトルクを小さくすることで移動させやすくなるという利点を有する。 That is, in the case of the one-phase short-circuit state and the case of the three-phase on control, the drag torque has different characteristics, and the magnitude relationship between the reference speed Vth (reference rotation speed Nth) in FIG. Inverted. As a result, the drag torque can be lowered by setting the one-phase short-circuit state in the speed region lower than the reference speed Vth and the three-phase on control in the speed region higher than the reference speed Vth, and the driving force required for vehicle transportation can be reduced. be able to. In particular, when the vehicle is moved manually, there is an advantage that the vehicle can be easily moved by reducing the drag torque.
図5は、本実施の形態おいて、ECU300で実行されるインバータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。図5で説明されるブロック図に記載された各機能ブロックは、ECU300によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
FIG. 5 is a functional block diagram for illustrating inverter drive control executed by
図1および図5を参照して、ECU300は、短絡判定部310と、自走判定部320と、警報出力部330と、インバータ制御部340とを含む。
Referring to FIGS. 1 and 5,
短絡判定部310は、インバータ130からの故障信号FLT、温度センサ180からの電力伝達経路の温度TW、温度センサ185からのモータジェネレータ140の温度TM、および電流センサ190からのモータジェネレータ140に流れる電流MCRTを受ける。
Short
短絡判定部310は、これらの情報のいずれか、あるいは任意の組み合わせに基づいて、短絡故障の有無を判定するとともに、短絡故障が発生しているスイッチング素子を判定する。そして、短絡判定部310は、判定結果である短絡発生信号SHTを、警報出力部330およびインバータ制御部340へ出力する。
The short
自走判定部320は、上位ECUにより設定されるモータジェネレータ140についてのトルク指令値TRQ、および速度センサ195からの車速SPDを受ける。自走判定部320は、これらの情報に基づいて、車両100がモータジェネレータ140からの駆動力以外で走行しているか否かを判定する。具体的には、自走判定部320は、モータジェネレータ140へのトルク指令値TRQがないにもかかわらず、車速SPDが発生している場合に、モータジェネレータ140からの駆動力以外で走行していると判定する。このような場合としては、たとえば、他の車両により牽引されている場合、人力で移動されている場合、または、下り坂を重力によって下っている場合などがある。また、ハイブリッド車両の場合には、エンジンの駆動力のみで走行している場合も該当する。そして、自走判定部320は、判定結果RUNをインバータ制御部340へ出力する。
Self-running
警報出力部330は、短絡判定部310からの短絡発生信号SHT、および自走判定部320からの判定結果RUNを受ける。
警報出力部330は、判定結果RUNにより自走していないと判定され、かつ、短絡発生信号SHTにより短絡故障が生じている場合に、警報装置200に対して制御信号ALMを出力して、異常の発生を運転者に通知する。あるいは、自走判定部320からの判定結果RUNにかかわらず、短絡故障が生じている場合には異常を通知するようにしてもよい。
The
インバータ制御部340は、短絡判定部310からの短絡発生信号SHT、自走判定部320からの判定結果RUN、および速度センサ195からの車速SPDを受ける。
インバータ制御部340は、車両100が牽引等されている場合であって、インバータ130に短絡故障が発生しているときに、車速SPDに応じてインバータ130のスイッチング状態を変更する。具体的には、車速SPDが基準速度を下回る場合には、インバータ130を遮断して、すべてのスイッチング素子を非導通状態に設定する一方で、車速SPDが基準速度を上回る場合には、各相における短絡故障が発生しているアームのスイッチング素子のみを導通状態に設定する。
The
インバータ制御部340は、上記に基づいて制御信号PWIを生成し、インバータ130のスイッチング状態を変更する。
Based on the above,
図6は、本実施の形態おいて、ECU300で実行されるインバータ駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図6および後述する図7〜図9に示すフローチャート中の各ステップについては、ECU300に予め格納されたプログラムが所定周期でメインルーチンから呼び出されて実行されることによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
FIG. 6 is a flowchart for illustrating details of the inverter drive control process executed by
図1および図6を参照して、ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、車両100が自走しているか否かを判定する。
Referring to FIGS. 1 and 6,
ここで、S100の自走判定処理の詳細が図7に示されるが、ECU300は、S102にて、車両100のトルク指令値TRQがゼロであり、すなわちモータジェネレータ140による駆動力が発生しておらず、かつ、車速SPDがゼロでなく車両100が移動しているという条件が成立しているか否かを判定する。
Here, the details of the self-running determination process of S100 are shown in FIG. 7, but the
上記の条件が成立している場合(S102にてYES)は、ECU300は、S104にて自走していない、すなわち、他の車両による牽引、人力による移動等が行なわれているものと判定する。そして、処理が図6のS110へ進められる。
If the above condition is satisfied (YES in S102),
一方、上記の条件が成立していない場合(S102にてNO)は、モータジェネレータ140からの駆動力の発生がある状態、あるいは車両100が停止している状態であるので、ECU300は、処理を図6のS110へ進める。
On the other hand, when the above condition is not satisfied (NO in S102),
再び図6を参照して、S110にて、ECU300は、S100での自走判定処理の結果から車両100が自走中であるか否かを判定する。
Referring to FIG. 6 again, in S110,
車両100が自走していない場合(S110にてNO)は、処理がS120に進められて、ECU300は、次にインバータ130に一相短絡故障が生じているか否かを判定する。
If
S120の一相短絡状態判定処理の詳細が図8に示される。ECU300は、S122において、インバータ130からの故障信号FLTにより一相短絡故障が生じていることが示されているか否か、電力伝達経路であるパワーケーブルの温度TWが所定のしきい値αを上回るほど過熱しているか否か、または、モータジェネレータ140の温度TMが所定のしきい値βを上回るほど加熱しているか否かを判定する。また、図8には示されていないが、モータジェネレータ140へ流れる電流MCRTにより、いずれかの相に大きな電流(短絡電流)が流れているか否かをさらに判定してもよい。
Details of the one-phase short-circuit state determination process in S120 are shown in FIG. In S122,
上記の少なくとも1つの条件が成立している場合(S122にてYES)は、処理がS124に進められて、ECU300は、インバータ130に一相短絡故障が発生していると判定し、処理を図6のS130へ進める。
If at least one of the above conditions is satisfied (YES in S122), the process proceeds to S124, and
一方、上記の条件のいずれも成立していない場合(S124にてNO)は、ECU300は、一相短絡故障が発生していないものと判定して、処理を図6のS130に進める。
On the other hand, if none of the above conditions is satisfied (NO in S124),
再び図6を参照して、S130にて、ECU300は、S120での一相短絡故障の判定処理の結果からインバータ130に一相短絡故障が生じているかを判定する。
Referring to FIG. 6 again, in S130,
一相短絡故障が発生していない場合(S130にてNO)は、牽引等が行なわれても、インバータ130内に短絡電流はながれないので、ECU300は処理を終了する。
If a one-phase short-circuit failure has not occurred (NO in S130),
一相短絡故障が発生している場合(S130にてYES)は、処理がS140に進められて、車速SPDが所定の基準速度Vthより大きいか否かを判定する。なお、車速SPDに代えて、モータジェネレータ140の回転速度MRNが基準速度Nthより大きいか否かを判定してもよい。
If a one-phase short-circuit failure has occurred (YES in S130), the process proceeds to S140, and it is determined whether vehicle speed SPD is greater than a predetermined reference speed Vth. Instead of vehicle speed SPD, it may be determined whether or not rotational speed MRN of
車速SPDが基準速度Vthより大きい場合(S140にてYES)は、ECU300は、短絡電流が大きくインバータ130の構成部品等に損傷のおそれがあり、また、引きずりトルクが大きくなると判断し、処理をS150に進めて、短絡故障が生じているスイッチング素子と同じ側のスイッチング素子を三相とも導通状態とする三相オン制御を実行するように、インバータ130のスイッチング状態を切換える。そして、ECU300は処理をS160に進める。
If vehicle speed SPD is greater than reference speed Vth (YES in S140),
車速SPDが基準速度Vth以下の場合(S140にてNO)は、S170に処理が進められ、ECU300は、インバータ130を遮断してすべてのスイッチング素子を非導通状態に切換えて、S160に処理を進める。なお、すでにすべてのスイッチング素子が非導通とされている場合には、その状態が維持される。
If vehicle speed SPD is equal to or lower than reference speed Vth (NO in S140), the process proceeds to S170, and
S160にて、ECU300は、警報装置200により警報を出力し、運転者に対して一相短絡が生じていることを通知する。なお、これに加えて、三相オン制御が選択されたか否か、あるいは、電力伝達経路やモータジェネレータ140の温度などについても通知するようにしてもよい。
In S160,
S110にて、車両100が自走していると判定された場合(S110にてYES)は、S120〜S160までの処理がスキップされ、ECU300は処理を終了する。
If it is determined in S110 that
なお、図6のフローチャートにおいては、自走していない場合に一相短絡故障が発生したときに警報が出力されるようになっているが、図9のように、自走しているか否かの判定にかかわらず、一相短絡故障が発生したことに応じて警報を出力するようにしてもよい。図9におけるステップS200,S210,S220の処理は、図6におけるS120,S130,S160の処理にそれぞれ対応するので、その説明は繰り返さない。 In the flowchart of FIG. 6, an alarm is output when a one-phase short-circuit failure occurs when the vehicle is not running, but whether or not it is running as shown in FIG. 9. Regardless of this determination, an alarm may be output in response to the occurrence of a one-phase short-circuit fault. The processes in steps S200, S210, and S220 in FIG. 9 correspond to the processes in S120, S130, and S160 in FIG. 6, respectively, and therefore description thereof will not be repeated.
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、インバータによりモータジェネレータを駆動して走行が可能な車両において、インバータに含まれるスイッチング素子に短絡故障が生じた場合の車両搬送時に、モータジェネレータの誘導電圧によって生じる短絡電流に起因する車両内の機器を保護しながら、車両を安全な場所まで移動させることが可能となる。これによって、異常発生時の車両の安全性を保証するためのフェールセーフ機能をより確実なものとすることができる。 By performing control according to the above-described process, in a vehicle capable of running by driving the motor generator with an inverter, the induced voltage of the motor generator when the vehicle is transported when a short circuit failure occurs in the switching element included in the inverter. It is possible to move the vehicle to a safe place while protecting the equipment in the vehicle due to the short-circuit current generated by. As a result, the fail-safe function for ensuring the safety of the vehicle when an abnormality occurs can be made more reliable.
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 車両、110 蓄電装置、115 SMR、120 コンバータ、130 インバータ、131 U相アーム、132 V相アーム、133 W相アーム、140 モータジェネレータ、150 動力伝達ギヤ、160 駆動輪、170 電圧センサ、180,185 温度センサ、190 電流センサ、195 速度センサ、200 警報装置、300 ECU、310 短絡判定部、320 自走判定部、330 警報出力部、340 インバータ制御部、C1,C2 コンデンサ、D1〜D8 ダイオード、L1 リアクトル、NL1,PL1,PL2 電力線、Q1〜Q8 スイッチング素子。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
各々が上下アームを構成する2つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを含み、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するインバータと、
前記インバータを制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記回転電機が駆動力を発生していないにもかかわらず前記車両が移動している場合に、前記駆動アームのうちの1つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じたときには、車速に応じて前記インバータの駆動状態を変更する、車両。 A vehicle capable of traveling using electric power from the power storage device,
A three-phase AC rotating electric machine for generating travel driving force;
An inverter for driving the rotating electrical machine by converting a DC power from the power storage device into an AC power, including a three-phase drive arm having two switching elements each constituting an upper and lower arm;
A control device for controlling the inverter;
In the control device, when the vehicle is moving even though the rotating electrical machine does not generate driving force, a short circuit failure has occurred in one switching element in one phase of the driving arm. Sometimes, the vehicle changes the driving state of the inverter according to the vehicle speed.
前記車両は、
走行駆動力を発生するための三相交流回転電機と、
各々が上下アームを構成する2つのスイッチング素子を有する三相の駆動アームを有し、前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記回転電機を駆動するインバータとを含み、
前記制御方法は、
前記回転電機から駆動力を発生していないにもかかわらず前記車両が移動しているか否かを判定するステップと、
前記駆動アームのうちの1つの相における一方のスイッチング素子に短絡故障が生じているかを判定するステップと、
前記車両が前記回転電機から駆動力を発生せずに移動しており、かつ、前記駆動アームのうちの1つの相に短絡故障が生じている場合に、車速に応じて前記インバータの駆動状態を変更するステップとを備える、車両の制御方法。 A method for controlling a vehicle capable of traveling using electric power from a power storage device,
The vehicle is
A three-phase AC rotating electric machine for generating travel driving force;
Each having a three-phase drive arm having two switching elements constituting upper and lower arms, and including an inverter that converts the DC power from the power storage device into AC power and drives the rotating electrical machine,
The control method is:
Determining whether the vehicle is moving even though no driving force is generated from the rotating electrical machine;
Determining whether a short circuit fault has occurred in one of the switching elements in one of the drive arms;
When the vehicle is moving without generating a driving force from the rotating electrical machine and a short-circuit failure has occurred in one phase of the driving arm, the driving state of the inverter is changed according to the vehicle speed. And a step of changing the vehicle.
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