JP2013132181A - Vehicle and control method of vehicle - 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、回転電機により発生される駆動力を用いて走行可能な車両における異常時の制御に関する。 The present invention relates to a vehicle and a vehicle control method, and more particularly to control in an abnormal state in a vehicle that can travel using a driving force generated by a rotating electrical machine.
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。このような車両には、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. Such vehicles include, for example, electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like.
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交流電力に変換してモータジェネレータなどの回転電機を駆動する。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。車両を停止する場合には、このインバータを非駆動状態にすることによって回転電機からの駆動力の発生を停止する。 In these vehicles, generally, an inverter is used to convert DC power from the power storage device into AC power to drive a rotating electrical machine such as a motor generator. Then, the vehicle is driven using the driving force generated by the rotating electrical machine. When the vehicle is to be stopped, generation of driving force from the rotating electric machine is stopped by setting the inverter in a non-driven state.
特開2010−012827号公報(特許文献1)は、発電機、電動機およびエンジンを備えるハイブリッド車両において、発電機が異常の場合に、発電機を駆動するインバータを遮断するとともにエンジンを自立運転させて発電機により逆起電力を発生させ、さらに高電圧系の目標電圧を発電機により発生可能な逆起電圧に対応する値に設定するとともに、発電機の逆起電力を用いて電動機を駆動する構成を開示する。 Japanese Patent Laying-Open No. 2010-012827 (Patent Document 1) discloses that in a hybrid vehicle including a generator, an electric motor, and an engine, when the generator is abnormal, the inverter that drives the generator is shut off and the engine is operated independently. A configuration in which a counter electromotive force is generated by a generator, a target voltage of a high voltage system is set to a value corresponding to a counter electromotive voltage that can be generated by the generator, and the motor is driven using the counter electromotive force of the generator Is disclosed.
特開2010−012827号公報(特許文献1)のような構成とすることによって、発電機が正常に駆動できない異常が生じた場合に、発電機の逆起電力をできるだけ多く使用することによって蓄電装置の電力の使用を節約することができる。そして、電動機のみの駆動力によりできるだけ長く走行を継続することが可能となる。 By adopting a configuration such as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-012827 (Patent Document 1), when an abnormality in which the generator cannot be driven normally occurs, the power storage device can be used by using as much of the counter electromotive force of the generator as possible. Can save on power usage. And it becomes possible to continue driving | running | working as long as possible with the drive force of only an electric motor.
特開2010−012827号公報(特許文献1)に開示された制御においては、発電機に異常が発生した場合に、発電機を駆動するためのインバータが適切に遮断状態とされることが前提となっている。 In the control disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-012827 (Patent Document 1), it is assumed that an inverter for driving the generator is appropriately shut off when an abnormality occurs in the generator. It has become.
しかしながら、このようにインバータの遮断が必要な場合において、センサや制御装置の異常によってインバータが適切に遮断ができていない状態であれば、意図しない電力あるいは駆動力が発生してしまう可能性がある。 However, when the inverter needs to be shut off as described above, if the inverter is not properly shut off due to an abnormality of the sensor or the control device, unintended power or driving force may be generated. .
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、回転電機により発生される駆動力を用いて走行可能な車両において、回転電機を駆動する電力変換装置の遮断状態を確実に検出することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that drives a rotating electrical machine in a vehicle that can travel using a driving force generated by the rotating electrical machine. It is to detect the blocking state with certainty.
本発明による車両は、搭載した蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両である。車両は、蓄電装置に対して並列に、電気的に結合された第1および第2の回転電機と、蓄電装置からの電力により第1および第2の回転電機をそれぞれ駆動するための第1および第2の電力変換装置と、第1および第2の電力変換装置を制御するための制御装置とを備える。制御装置は、異常により第2の電力変換装置を遮断するための指令が出力された場合に、第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定するための、第2の電力変換装置に流れる電流に基づく判定手段および蓄電装置と第1の回転電機との間の電力収支に基づく判定手段を有する。 The vehicle according to the present invention is a vehicle capable of traveling using electric power from the installed power storage device. A vehicle includes first and second rotating electrical machines that are electrically coupled in parallel to a power storage device, and first and second rotating electrical machines that are driven by power from the power storage device, respectively. A second power conversion device and a control device for controlling the first and second power conversion devices are provided. The control device determines whether or not the second power conversion device is normally shut off when a command for shutting down the second power conversion device is output due to an abnormality. Determination means based on the current flowing through the power converter and determination means based on the power balance between the power storage device and the first rotating electrical machine.
好ましくは、制御装置は、第2の回転電機の回転速度が予め定められたしきい値を下回る場合には第2の電力変換装置に流れる電流に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定し、第2の回転電機の回転速度がしきい値を上回る場合には電力収支に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定する。 Preferably, the control device normally shuts off the second power converter based on a current flowing through the second power converter when the rotation speed of the second rotating electrical machine is lower than a predetermined threshold value. If the rotational speed of the second rotating electrical machine exceeds the threshold value, whether or not the second power converter is normally shut off based on the power balance Determine.
好ましくは、制御装置は、第2の回転電機の回転速度がしきい値を下回る場合に、第2の電力変換装置に流れる電流が略ゼロであるときは、第2の電力変換装置の遮断が正常に行われていると判定する。 Preferably, when the rotational speed of the second rotating electrical machine is lower than the threshold value and the current flowing through the second power converter is substantially zero, the control device interrupts the second power converter. It is determined that the operation is normally performed.
好ましくは、制御装置は、第2の回転電機の回転速度がしきい値を下回る場合に、第2の電力変換装置に流れる電流が略ゼロでないときは、さらに電力収支に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定する。 Preferably, when the rotational speed of the second rotating electrical machine is lower than the threshold value and the current flowing through the second power converter is not substantially zero, the control device further includes the second power based on the power balance. It is determined whether or not the conversion device is normally shut off.
好ましくは、しきい値は、第2の回転電機により発生する逆起電圧が、第2の電力変換装置の蓄電装置側の端子に印加される電圧よりも大きくなるような、第2の回転電機の回転速度に基づいて定められる。 Preferably, the threshold value is the second rotating electrical machine in which the counter electromotive voltage generated by the second rotating electrical machine is larger than the voltage applied to the terminal on the power storage device side of the second power conversion device. It is determined based on the rotation speed.
好ましくは、制御装置は、第2の電力変換装置に流れる電流が略ゼロであるときは、第2の電力変換装置の遮断が正常に行われていると判定し、第2の電力変換装置に流れる電流が略ゼロでないときは、電力収支に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定する。 Preferably, when the current flowing through the second power conversion device is substantially zero, the control device determines that the second power conversion device is normally shut off and sends the second power conversion device to the second power conversion device. When the flowing current is not substantially zero, it is determined whether or not the second power conversion device is normally shut off based on the power balance.
好ましくは、制御装置は、電力収支に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定する場合は、蓄電装置への入力電力の大きさが第1の回転電機の発電電力指令から定まる基準値よりも大きいときには第2の電力変換装置の遮断が正常に行われていると判定し、蓄電装置への入力電力の大きさが基準値よりも小さいときには第2の電力変換装置の遮断が正常に行われていないと判定する。 Preferably, when the control device determines whether or not the second power conversion device is normally shut off based on the power balance, the magnitude of the input power to the power storage device is the first rotating electrical machine. When the value is larger than the reference value determined from the generated power command, it is determined that the second power conversion device is normally shut off. When the magnitude of the input power to the power storage device is smaller than the reference value, the second It determines with the interruption | blocking of a power converter device not being normally performed.
好ましくは、制御装置は、第2の電力変換装置の遮断が正常に行なわれてないと判定した場合には、蓄電装置を第1および第2の電力変換装置から切り離す。 Preferably, when it is determined that the second power conversion device is not normally shut off, the control device disconnects the power storage device from the first and second power conversion devices.
好ましくは、車両はエンジンをさらに備える。第1の回転電機は、主にエンジンにより駆動されて発電機として動作する。第2の回転電機は、車両の駆動軸に結合され、主に車両走行のための駆動力を発生する電動機として動作する。 Preferably, the vehicle further includes an engine. The first rotating electrical machine is driven mainly by the engine and operates as a generator. The second rotating electrical machine is coupled to a drive shaft of the vehicle and operates mainly as an electric motor that generates a driving force for traveling the vehicle.
本発明による車両の制御方法は、搭載した蓄電装置からの電力を用いて走行が可能な車両の制御方法である。車両は、蓄電装置に対して並列に、電気的に結合された第1および第2の回転電機と、蓄電装置からの電力により、第1および第2の回転電機をそれぞれ駆動するための第1および第2の電力変換装置とを含む。制御方法は、異常により第2の電力変換装置を遮断するための指令が出力された場合に、第2の電力変換装置に流れる電流に基づいて第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定するステップと、蓄電装置と第1の回転電機との間の電力収支に基づいて、第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定するステップとを備える。 The vehicle control method according to the present invention is a vehicle control method capable of running using electric power from an installed power storage device. The vehicle includes first and second rotating electrical machines that are electrically coupled in parallel to the power storage device, and a first for driving the first and second rotating electrical machines by electric power from the power storage device, respectively. And a second power conversion device. In the control method, when a command for shutting down the second power converter is output due to an abnormality, the second power converter is normally shut off based on the current flowing through the second power converter. Determining whether or not the second power conversion device is normally shut off based on the power balance between the power storage device and the first rotating electrical machine, and Is provided.
本発明によれば、回転電機により発生される駆動力を用いて走行可能な車両において、回転電機を駆動する電力変換装置の遮断状態を確実に検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the interruption | blocking state of the power converter device which drives a rotary electric machine can be detected reliably in the vehicle which can drive | work using the driving force generated by the rotary electric machine.
以下、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、図中同一または相当部分に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 the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[車両の基本構成]
図1は、本実施の形態に従う車両100の全体ブロック図である。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130,135と、モータジェネレータ140,145と、動力伝達ギヤ150と、駆動輪160と、内燃機関であるエンジン170と、補機装置180と、ECU(Electronic Control Unit)300とを備える。
[Basic configuration of vehicle]
FIG. 1 is an overall block diagram of a
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に接続される。蓄電装置110は、モータジェネレータ140,145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140,145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は、蓄電装置110の正極端子と電力線PL1との間に接続されるリレー、および蓄電装置の負極端子と電力線NL1との間に接続されるリレーを含む。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。
SMR 115 includes a relay connected between a positive electrode terminal of
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。電圧センサ117は、コンデンサC1にかかる電圧を検出し、その検出値VLをECU300へ出力する。
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. Voltage sensor 117 detects the voltage applied to capacitor C1 and outputs the detected value VL to
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,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, 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130,135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,NL1の間の電圧変動を低減する。電圧センサ125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130,135は、電力線PL2,NL1を介して、コンバータ120に互いに並列に接続される。インバータ130は、ECU300からの制御指令PWI1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135は、ECU300からの制御指令PWI2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145を駆動するための交流電力に電力変換する。
なお、以下に説明するインバータ内部の詳細な構成については、モータジェネレータ145を駆動するためのインバータ135を例として説明する。図1において、インバータ130の内部構成は示されていないが、基本的にはインバータ135と同じであり、その説明は繰り返さない。
Note that the detailed configuration inside the inverter described below will be described by taking an
インバータ135は、U相アーム136と、V相アーム137と、W相アーム138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136、V相アーム137およびW相アーム138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136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。 U-phase arm 136 includes switching elements Q3 and Q4 connected in series between power line PL2 and power line NL1, and diodes D3 and D4 connected in parallel to switching elements Q3 and Q4, respectively. The cathode of diode D3 is connected to the collector of switching element Q3, and the anode of diode D3 is connected to the emitter of switching element Q3. The cathode of diode D4 is connected to the collector of switching element Q4, and the anode of diode D4 is connected to the emitter of switching element Q4.
V相アーム137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-phase arm 137 includes switching elements Q5 and Q6 connected in series between power line PL2 and power line NL1, and diodes D5 and D6 connected in parallel to switching elements Q5 and Q6, respectively. The cathode of diode D5 is connected to the collector of switching element Q5, and the anode of diode D5 is connected to the emitter of switching element Q5. The cathode of diode D6 is connected to the collector of switching element Q6, and the anode of diode D6 is connected to the emitter of switching element Q6.
W相アーム138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145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る。U相,V相,W相の3つのコイル(図示せず)は、各々一方端が中性点に共に接続され、U相コイルの他方端はスイッチング素子Q3,Q4の接続ノードに接続され、V相コイルの他方端はスイッチング素子Q5,Q6の接続ノードに接続され、W相コイルの他方端はスイッチング素子Q7,Q8の接続ノードに接続される。
なお、インバータを遮断する場合には、スイッチング素子Q3〜Q8のすべてのゲートがオフにされて非導通状態とされる。 When the inverter is shut off, all the gates of switching elements Q3 to Q8 are turned off to be in a non-conductive state.
モータジェネレータ140,145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140,145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135によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
The output torque of
エンジン170は、動力伝達ギヤ150を介して、モータジェネレータ140,145に結合される。ECU300は、エンジン170およびモータジェネレータ140,145を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力を発生させる。この場合、エンジン170の回転を用いてモータジェネレータで発電した電力を用いて、蓄電装置110を充電することも可能である。
なお、本実施の形態においては、モータジェネレータ145(MG2とも称する。)を専ら駆動輪160を駆動するための電動機として用い、モータジェネレータ140(MG1とも称する。)を専らエンジン170により駆動される発電機として用いる場合を例として説明する。
In the present embodiment, motor generator 145 (also referred to as MG2) is exclusively used as an electric motor for driving
動力伝達ギヤ150は、図示しないプラネタリギヤ機構を含む。プラネタリギヤのサンギヤ(S)にはモータジェネレータ140の出力軸が結合され、キャリア(C)にはエンジン170の出力軸が結合され、リングギヤ(R)にはモータジェネレータ145の出力軸が結合される。モータジェネレータ145の出力軸は、図示しない減速機等を介して駆動輪160に結合される。なお、このような結合態様は一例であり、そのほかの結合態様であってもよい。
The
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、モータジェネレータ140に流れる電流を検出し、その検出値MCRT1をECU300に出力する。電流センサ195は、インバータ135とモータジェネレータ145との間の電力伝達経路に設けられ、モータジェネレータ145に流れる電流を検出し、その検出値MCRT2をECU300に出力する。
モータジェネレータ140,145の各相に流れる電流の合計は常にゼロとなるので、電流センサ190,195については、電力伝達経路の少なくともいずれか二相に設けられれば足りる。電流センサは、たとえば、インバータとモータジェネレータとの間のU相およびV相の電力伝達経路に設けられる。
Since the sum of the currents flowing in the respective phases of
回転角センサ200,205は、モータジェネレータ140,145にそれぞれ設けられる。回転角センサ200,205は、モータジェネレータ140,145の回転角θ1,θ2をそれぞれ検出し、その検出値をECU300へ出力する。ECU300は、回転角センサ200,205からの回転角θ1,θ2に基づいて、モータジェネレータ140,145の回転速度または角速度を演算する。
The
補機装置180は、電力線PL2,NL1に、インバータ130,135に並列に接続される。補機装置180としては、いずれも図示しないが、車内を空調するための空調機や、低電圧系(たとえば12V)の機器、および、これらの低圧系の機器に適した電圧に変換するためのDC/DCコンバータなどが含まれる。
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。また、ECU300は、エンジン170に含まれるセンサからのエンジン回転速度Ne、およびインバータ130,135からの故障信号FLT1,FLT2を受ける。
このような構成を有する車両においては、モータジェネレータ140(MG1)、モータジェネレータ145(MG2)およびエンジン170は、一般的に図2に示すような共線図に従って協調して動作する。図2においては、縦軸にプラネタリギヤのサンギヤ(S)、キャリア(C)およびリングギヤ(R)の回転速度、すなわち、MG1,エンジン170,MG2の回転速度Nm1,Ne,Nm2が示される。
In a vehicle having such a configuration, motor generator 140 (MG1), motor generator 145 (MG2), and
たとえば、図2のように車両が走行している状態においては、エンジン170およびMG2から正のトルクTe,Tm2が出力されており、これらのトルクで各機器が所定の回転速度となるように、MG1に対して負のトルクTm1が付加されている。この場合、MG1については正回転かつ負トルクであるので発電動作が行なわれる。そして、MG1での発電電力は、MG2を駆動するための電力および/または蓄電装置110を充電するための電力として使用される。
For example, in the state where the vehicle is traveling as shown in FIG. 2, positive torques Te and Tm2 are output from the
このような状態において、たとえば、インバータ内部のスイッチング素子の故障やモータジェネレータのコイルの断線、または電流センサや回転角センサなどの検出器の異常のような、モータジェネレータを駆動する系統になんらかの異常が生じた場合には、一般的には、インバータを遮断(シャットダウン)し退避走行を行なうことによって、機器の保護および車両の動作異常を防止する。 In such a state, for example, there is some abnormality in the system that drives the motor generator, such as a failure of a switching element in the inverter, a break in the coil of the motor generator, or an abnormality in a detector such as a current sensor or a rotation angle sensor. When this occurs, generally, the inverter is shut off and the vehicle is evacuated to protect the equipment and prevent the vehicle from operating abnormally.
たとえば、図3のように、MG2の系統に異常が生じてインバータ135が遮断された場合には、MG2からの出力トルクTm2がゼロとなる。これに応じて、MG1のトルクがTm1#に低減されて、共線図の関係が維持されるようにされる。このときにMG1により発生する発電電力は、基本的には蓄電装置の充電のために用いられるが、一部は補機装置や電力伝達経路の抵抗成分によって消費される。
For example, as shown in FIG. 3, when an abnormality occurs in the MG2 system and the
ところが、このような状態においてインバータが適切に遮断できない場合には、機器の故障が助長されたり、ユーザが意図しないトルクが発生したりするおそれがある。そのため、異常によりインバータを遮断した際には、確実にインバータが遮断されており、意図しないトルクが発生していないことを監視することが必要とされる。 However, when the inverter cannot be properly shut off in such a state, there is a possibility that a failure of the device is promoted or a torque unintended by the user is generated. Therefore, when the inverter is shut down due to an abnormality, it is necessary to monitor that the inverter is reliably shut off and no unintended torque is generated.
インバータの遮断を監視には、インバータからモータジェネレータに流れる電流を監視する手法や、蓄電装置やMG1から供給される電力と他の機器で消費される電力との電力収支を用いて監視する手法を採用することができる。 In order to monitor the interruption of the inverter, there is a method of monitoring the current flowing from the inverter to the motor generator, or a method of monitoring using the power balance between the power supplied from the power storage device or MG1 and the power consumed by other devices. Can be adopted.
しかしながら、インバータが正常に遮断されていた場合でも、モータジェネレータの回転速度が高いときには、モータジェネレータにより発生する逆起電力によってインバータ内のダイオードを通して電流が流れてしまうため、電流の監視のみでは正しくインバータの遮断を認識できない場合が生じ得る。 However, even if the inverter is shut off normally, if the motor generator is rotating at high speed, the current flows through the diode in the inverter due to the counter electromotive force generated by the motor generator. There may be a case where it is not possible to recognize the interruption.
一方、電力収支による監視においては、比較的低回転の領域では、補機や電力伝達経路などによる消費電力の不明確な要素の影響等によって、正しく判断できない場合が生じ得る。 On the other hand, in the monitoring based on the power balance, there may be a case where the judgment cannot be made correctly in the region of relatively low rotation due to the influence of unclear elements of the power consumption due to the auxiliary machine and the power transmission path.
そこで、本実施の形態においては、モータジェネレータの駆動系に異常が生じた場合に、車両の走行状態に応じて、電流による監視および電力収支による監視を適宜選択的に切換えて行ない、インバータの遮断および意図しないトルクの発生を適切に監視する手法を採用する。 Therefore, in this embodiment, when an abnormality occurs in the drive system of the motor generator, the monitoring by the current and the monitoring by the power balance are selectively switched as appropriate according to the traveling state of the vehicle, and the inverter is shut off. And a method of appropriately monitoring the generation of unintended torque is adopted.
図4は、本実施の形態において、ECU300で実行されるインバータ遮断時の監視制御を説明するための機能ブロック図である。図4で説明される機能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. 4 is a functional block diagram for illustrating the monitoring control when the inverter is shut off, which is executed by
図1および図4を参照して、ECU300は、異常検出部310と、判定部320と、インバータ(INV)制御部330と、リレー制御部340とを含む。
Referring to FIGS. 1 and 4,
異常検出部310は、インバータ130,135からの故障信号FLT1,FLT2および電流センサ190,195からの検出値MCRT1,MCRT2を受ける。異常検出部310は、これらの情報に基づいて、インバータ130,135および/またはモータジェネレータ140,145に異常が生じているか否かを判定する。そして、異常検出部310は、異常が生じている側のインバータを遮断するための制御信号SDNを生成し、判定部320およびINV制御部330へ出力する。
判定部320は、異常検出部310からの制御信号SDNに加えて、電流センサ190,195からの電流検出値MCRT1,MCRT2、蓄電装置110からの電流IBおよび電圧VB、回転角センサ200,205からの回転角θ1、θ2に基づく回転速度Nm1,Nm2、図示しない上位ECUからのモータジェネレータ140,145への指令トルクTR1,TR2、および補機装置180で消費される電力PAUXとを受ける。判定部320は、これらの情報に基づいて、図5または図6で後述するような手法により、遮断対象のインバータが適切に遮断されているか否かを判定する。そして、その判定フラグFLGを、INV制御部330およびリレー制御部340へ出力する。
In addition to the control signal SDN from the
INV制御部330は、異常検出部310からの制御信号SDN、および判定部320からの判定フラグFLGとを受ける。また、INV制御部330は、モータジェネレータ140,145の指令トルクTR1,TR2および回転速度Nm1,Nm2を受ける。
INV制御部330は、基本的には、指令トルクTR1,TR2および回転速度Nm1,Nm2に基づいて、インバータ130,135の制御信号PWI1,PWI2を生成し、それらを用いてインバータ130,135を駆動する。
The
INV制御部330は、異常検出部310からの制御信号SDNによってインバータの遮断が指示されている場合には、対応するインバータに含まれるスイッチング素子をゲート遮断するように制御信号PWIを生成する。また、INV制御部330は、判定部320からの判定フラグFLGにより、遮断対象のインバータが適切に遮断されていないことが示されている場合には、インバータ130,135の両方を停止させるように制御信号PWI1,PWI2を生成する。
リレー制御部340は、判定部320からの判定フラグFLGを受ける。リレー制御部340は、判定フラグFLGにより、遮断対象のインバータが適切に遮断されていないことが示されている場合には、SMR115をオフにするような制御信号SE1を生成し、システム停止状態(Readyオフ状態)とする。
Relay control unit 340 receives determination flag FLG from
図5は、本実施の形態において、ECU300で実行されるインバータ遮断時の監視制御処理を説明するためのフローチャートである。図5および以降に説明する図6に示すフローチャートは、ECU300に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。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。なお、以下のフローチャートにおいては、駆動輪160を駆動するためのインバータ135(INV2とも称する。)またはモータジェネレータ145(MG2)に異常が生じた場合を例として説明するが、インバータ130、モータジェネレータ145に異常が生じた場合にも同様に適用可能である。
FIG. 5 is a flowchart for illustrating the monitoring control process when the inverter is shut off, which is executed by
図1および図5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、インバータ135および/またはモータジェネレータ145に異常が生じているか否かを判定する。
Referring to FIGS. 1 and 5,
インバータ135および/またはモータジェネレータ145に異常が生じていない場合、すなわち正常である場合(S100にてNO)は、当該制御は必要ないので、ECU300は以降の処理をスキップして処理を終了する。
When there is no abnormality in
インバータ135および/またはモータジェネレータ145に異常が生じている場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められ、ECU300は、インバータ135をシャットダウン(遮断)するような制御信号PWI2を生成し、インバータ135へ出力する。
If abnormality has occurred in
その後、ECU300は、S120にて、電流センサ195の検出値MCRT2により、モータジェネレータ145を流れる電流が略ゼロ(MCRT2=0)であるか否かを判定する。
Thereafter, in S120,
MCRT2が略ゼロである場合(S120にてYES)は、処理がS130に進められ、ECU300は、インバータ135の遮断が正常に行なわれていると判定する。その後、処理がS140に進められ、ECU300は、正常動作であるとして、インバータ135を遮断した状態での退避走行を継続する。
If MCRT2 is substantially zero (YES in S120), the process proceeds to S130, and
S120において、MCRT2が略ゼロでない場合(S120にてNO)は、処理がS150に進められて、次にECU300は、蓄電装置110の電圧VBおよび電流IBから求められる入出力電力(電池電力とも称する。)と、モータジェネレータ140(MG1)の電力指令値から補機装置180の消費電力PAUXを差し引いたものとを比較する。なお、蓄電装置110へ入力される電力およびモータジェネレータ140からの発電電力を正とする。
If MCRT2 is not substantially zero in S120 (NO in S120), the process proceeds to S150, and
電池電力がMG1電力指令値と補機電力PAUXとの差以上である場合(S150にてYES)は、処理がS160に進められて、ECU300は、駆動輪160によりモータジェネレータ145(MG2)が回転されることによって発生するモータジェネレータ145の逆起電圧がVHよりも高く、モータジェネレータ145で発生した逆起電力により蓄電装置110へモータジェネレータ145から電流が流れ込んでいると判定する。
If the battery power is greater than or equal to the difference between MG1 power command value and auxiliary power PAUX (YES in S150), the process proceeds to S160, and
たとえば、車速が高い場合には、インバータ130が遮断状態であっても、モータジェネレータ145による逆起電力が大きくなるのでこのような状態となり得る。すなわち、モータジェネレータ145に電流が流れていても、この場合には適切にインバータ130が遮断された状態である。
For example, when the vehicle speed is high, the back electromotive force generated by the
そのため、ECU300は、処理をS140に進めて退避走行を継続する。
一方、電池電力がMG1電力指令値と補機電力PAUXとの差よりも小さい場合(S150にてNO)は、処理がS170に進められて、ECU300は、蓄電装置110に入力される電力が蓄電装置110に本来供給されるべき電力よりも小さく、すなわちモータジェネレータ145で電力が消費されて意図しない駆動力が発生している可能性が高いと判定する。言い換えれば、ECU300は、インバータ135が正常に遮断されていないと判定する。
Therefore,
On the other hand, when the battery power is smaller than the difference between MG1 power command value and auxiliary power PAUX (NO in S150), the process proceeds to S170, and
そして、ECU300は、S180にて、インバータ130を遮断し、SMR115を開放してReadyオフ状態とする。そして、ECU300は、インバータ130,135を蓄電装置110から切り離す。
In S180,
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、異常によりインバータを遮断した場合に、モータジェネレータにより発生する逆起電力の影響を考慮して、適切にインバータが遮断されているか否かを判断することが可能となる。 By controlling according to the above processing, when the inverter is shut down due to an abnormality, it is determined whether the inverter is shut off properly in consideration of the influence of the back electromotive force generated by the motor generator. Is possible.
[変形例]
上述のように、モータジェネレータの逆起電力により蓄電装置へ電流が流れ込むのは、モータジェネレータの回転速度が高く、モータジェネレータの逆起電力がインバータの蓄電装置側の端子電圧であるVHを上回る場合である。
[Modification]
As described above, the current flows into the power storage device due to the back electromotive force of the motor generator when the rotation speed of the motor generator is high and the back electromotive force of the motor generator exceeds the terminal voltage VH on the power storage device side of the inverter. It is.
そこで、変形例においては、モータジェネレータの回転速度がVHを上回る程高回転であるか否かの判定をさらに追加した構成について説明する。高回転の場合には、少しのトルク変動(すなわち電流変動)であっても発生する電力変動としては大きくなる。そのため、モータジェネレータが高速であるか否かをまず判定し、それによって遮断の適否を電力収支を用いて判定するか否かを切換えることによって、意図しない駆動力の発生を検出する感度を高めることができる。 Therefore, in a modified example, a configuration will be described in which a determination is further made as to whether or not the rotation speed is higher as the rotation speed of the motor generator exceeds VH. In the case of high rotation, even a slight torque fluctuation (that is, current fluctuation) causes a large electric power fluctuation to be generated. For this reason, it is first determined whether or not the motor generator is high-speed, and thereby switching whether or not to determine whether or not to cut off using the power balance, thereby increasing the sensitivity to detect the generation of unintended driving force. Can do.
図6は、本実施の形態の変形例において、ECU300で実行されるインバータ遮断時の監視制御処理を説明するためのフローチャートである。図6は、図5で説明したフローチャートにステップS115が追加されたものとなっている。図6において、図5と重複するステップの説明は繰り返さない。
FIG. 6 is a flowchart for illustrating a monitoring control process when the inverter is shut off, which is executed by
図1および図6を参照して、インバータ135および/またはモータジェネレータ145に異常が生じており(S100にてYES)、インバータ135の遮断指令が出力されると(S110)、処理がS115に進められ、ECU300は、モータジェネレータ145の回転速度Nm2が、しきい値αより大きいか否かを判定する。
Referring to FIGS. 1 and 6, if an abnormality has occurred in
このしきい値αは、モータジェネレータ145の逆起電圧がVHよりも大きくなる場合の回転速度に基づいて定められる。しきい値αは、VHの変動幅を考慮した固定値であってもよいし、変動するVHに対応して設定される可変値であってもよい。
This threshold value α is determined based on the rotation speed when the back electromotive voltage of
モータジェネレータ145の回転速度Nm2がしきい値αより大きい場合(S115にてYES)は、処理がS150に進められ、ECU300は、電流センサ195からの検出値MCRT2にかかわらず、電力収支に基づいてインバータ135が正常に遮断されているか否かを判定する。
If rotational speed Nm2 of
一方、モータジェネレータ145の回転速度Nm2がしきい値α以下の場合(S115にてNO)は、処理がS120に進められ、ECU300は、まず電流値MCRT2に基づいてインバータ135が正常に遮断されているか否かを判定し(S120にてYES,S130)、電流値MCRT2が略ゼロでない場合(S120にてNO)に、電力収支に基づいてインバータ135が正常に遮断されているか否かを判定する(S150)。
On the other hand, when rotation speed Nm2 of
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、異常によりインバータを遮断した場合に、モータジェネレータにより発生する逆起電力の影響を考慮して、適切にインバータが遮断されているか否かを判断することが可能となる。 By controlling according to the above processing, when the inverter is shut down due to an abnormality, it is determined whether the inverter is shut off properly in consideration of the influence of the back electromotive force generated by the motor generator. Is possible.
なお、図6には示していないが、ステップS120において、電流値MCRT2が略ゼロでない場合(S120にてNO)に、異常と判定してステップS170へ処理を進めるようにしてもよい。 Although not shown in FIG. 6, when current value MCRT2 is not substantially zero in step S120 (NO in S120), it may be determined as abnormal and the process may proceed to step S170.
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、117,125 電圧センサ、120 コンバータ、130,135 インバータ、136 U相アーム、137 V相アーム、138 W相アーム、140,145 モータジェネレータ、150 動力伝達ギヤ、160 駆動輪、170 エンジン、180 補機装置、190,195 電流センサ、200,205 回転角センサ、300 ECU、310 異常検出部、320 判定部、330 INV制御部、340 リレー制御部、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。 100 vehicle, 110 power storage device, 115 SMR, 117, 125 voltage sensor, 120 converter, 130, 135 inverter, 136 U-phase arm, 137 V-phase arm, 138 W-phase arm, 140, 145 motor generator, 150 power transmission gear, 160 Drive Wheel, 170 Engine, 180 Auxiliary Equipment, 190, 195 Current Sensor, 200, 205 Rotation Angle Sensor, 300 ECU, 310 Abnormality Detection Unit, 320 Determination Unit, 330 INV Control Unit, 340 Relay Control Unit, C1, C2 Capacitor, D1-D8 diode, L1 reactor, NL1, PL1, PL2 power line, Q1-Q8 switching element.
Claims (10)
前記蓄電装置に対して並列に、電気的に結合された第1および第2の回転電機と、
前記蓄電装置からの電力により、前記第1および第2の回転電機をそれぞれ駆動するための第1および第2の電力変換装置と、
前記第1および第2の電力変換装置を制御するための制御装置とを備え、
前記制御装置は、異常により前記第2の電力変換装置を遮断するための指令が出力された場合に、前記第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定するための、前記第2の電力変換装置に流れる電流に基づく判定手段および前記蓄電装置と前記第1の回転電機との間の電力収支に基づく判定手段を有する、車両。 A vehicle capable of traveling using electric power from an installed power storage device,
First and second rotating electrical machines electrically coupled in parallel to the power storage device;
First and second power converters for driving the first and second rotating electric machines, respectively, with electric power from the power storage device;
A control device for controlling the first and second power converters,
The control device is configured to determine whether or not the second power conversion device is normally shut off when a command for shutting down the second power conversion device is output due to an abnormality. A vehicle comprising: determination means based on a current flowing through the second power conversion device; and determination means based on a power balance between the power storage device and the first rotating electrical machine.
前記第1の回転電機は、主に前記エンジンにより駆動されて発電機として動作し、
前記第2の回転電機は、前記車両の駆動軸に結合され、主に車両走行のための駆動力を発生する電動機として動作する、請求項1に記載の車両。 An engine,
The first rotating electrical machine is driven mainly by the engine and operates as a generator,
The vehicle according to claim 1, wherein the second rotating electrical machine is coupled to a drive shaft of the vehicle and operates as an electric motor that mainly generates a driving force for traveling the vehicle.
前記車両は、
前記蓄電装置に対して並列に、電気的に結合された第1および第2の回転電機と、
前記蓄電装置からの電力により、前記第1および第2の回転電機をそれぞれ駆動するための第1および第2の電力変換装置とを含み、
前記制御方法は、異常により前記第2の電力変換装置を遮断するための指令が出力された場合に、
前記第2の電力変換装置に流れる電流に基づいて前記第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定するステップと、
前記蓄電装置と前記第1の回転電機との間の電力収支に基づいて、前記第2の電力変換装置の遮断が正常に行われているか否かを判定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 an installed power storage device,
The vehicle is
First and second rotating electrical machines electrically coupled in parallel to the power storage device;
Including first and second power converters for driving the first and second rotating electric machines, respectively, with electric power from the power storage device,
In the case where a command for shutting down the second power conversion device is output due to an abnormality, the control method is
Determining whether or not the second power conversion device is normally shut off based on a current flowing through the second power conversion device;
Determining whether or not the second power conversion device is normally shut off based on a power balance between the power storage device and the first rotating electrical machine. .
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