JP2016123226A - 自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の衝突後のモータの回転停止時に、コンデンサの電荷を迅速に放電できなくなるのを抑制する。【解決手段】車両の衝突が検知されると、クラッチを解放して、モータの回転軸とドライブシャフト（駆動軸）との連結を解除する（Ｓ１００）。そして、モータが回転しているときには（Ｓ１２０）、インバータの複数のトランジスタのうち上アームの全てまたは下アームの全てをオンとする三相オン制御を実行する（Ｓ１３０）。モータが回転停止すると（Ｓ１２０）、コンデンサの電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以下に至るまで、モータにｄ軸電流が流れるように複数のトランジスタをスイッチングする放電制御を実行する（Ｓ１６０）。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、モータと、インバータと、コンデンサと、を備える自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、モータと、インバータと、コンデンサと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。モータは、三相の交流電動機として構成されており、回転軸が車軸に連結されている。インバータは、３つの上アームトランジスタと３つの下アームトランジスタとからなる６つのトランジスタと、６つのトランジスタのそれぞれに逆方向に並列に接続された６つのダイオードと、を有し、６つのトランジスタのスイッチングによってモータを駆動する。コンデンサは、インバータが接続された電力ラインの正極母線と負極母線とに接続されている。

この自動車では、車両の衝突が検知された後に、モータの回転数が所定回転数以上のときには、インバータの３つの上アームトランジスタと３つの下アームトランジスタとの何れか一方をオンとする三相オン制御を実行する。ここで、３つの上アームトランジスタをオンとする場合、上アーム三相オン制御といい、３つの下アームトランジスタをオンとする場合、下アーム三相オン制御という。この三相オン制御の実行により、モータにその回転数を止める方向のトルクを発生させて、モータの回転を低下させている。そして、所定時間毎に、上アーム三相オン制御と下アーム三相オン制御とを切り替える。これにより、３つの上アームトランジスタと３つの下アームトランジスタとの何れか一方のみに電流が流れ続けるのを抑制し、６つのトランジスタの少なくとも一部が過熱状態となるのを抑制している。モータの回転数が所定回転数未満のときには、モータにｄ軸電流が流れるように６つのトランジスタを制御する放電制御を実行する。これにより、コンデンサの電荷を放電させている。

特開２０１３−５５８２２号公報

こうした自動車において、車両の衝突後に、車両がバウンドしたり坂路でずり下がったりして、車軸の回転がある程度の時間に亘って継続することがある。モータの回転軸と車軸との連結が解除されていない（接続されたままである）ときには、車軸の回転に応じてモータも回転する。この場合、三相オン制御を実行しても、モータの回転を停止させることができず、三相オン制御の実行時間が長くなることがある。三相オン制御の実行時間が長くなると、インバータの温度が上昇する。このため、モータの回転停止後に、放電制御を実行する際に、インバータの温度が駆動制限温度（インバータの保護のためにインバータをシャットダウンする温度）に至り、放電制御の中止によって、コンデンサの電荷を迅速に放電できない場合が生じる。

本発明の自動車は、車両の衝突後のモータの回転停止時に、コンデンサの電荷を迅速に放電できなくなるのを抑制することを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
走行用の三相交流のモータと、
複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータの端子間の電圧を平滑するコンデンサと、
車両の衝突の検知後において、前記モータが回転しているときには、前記複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるように前記インバータを制御する三相オン制御を実行し、前記モータの回転が停止すると、前記モータにｄ軸電流を流すことによって前記コンデンサの電荷が放電されるように前記インバータを制御する放電制御を実行する制御手段と、
を備える自動車であって、
車軸と前記モータとの間には、クラッチが設けられており、
前記制御手段は、前記車両の衝突を検知すると、前記クラッチを解放する、
ことを特徴とする自動車。

この本発明の自動車では、車両の衝突の検知後において、モータが回転しているときには、複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるようにインバータを制御する三相オン制御を実行する。これにより、モータの回転数が小さくなる方向のトルク（引き摺りトルク）を発生させることができる。そして、モータの回転が停止すると、モータにｄ軸電流を流すことによってコンデンサの電荷が放電されるようにインバータを制御する放電制御を実行する。これにより、モータからトルクを出力させずに、コンデンサの電荷を放電させることができる。こうした制御を行なう本発明の自動車において、車軸とモータとの間には、クラッチが設けられている。そして、車両の衝突を検知すると、クラッチを解放する（車軸とモータとの連結を解除する）。これにより、車両の衝突後に、車軸の回転に関係なく、モータの回転を停止させることができる。即ち、車両の衝突後に、車軸の回転がある程度の時間に亘って継続する場合でも、三相オン制御の実行時間が長くなるのを抑制することができる。これにより、放電制御を実行する際に、インバータの温度が駆動制限温度以上に至るのを抑制することができる。ここで、「駆動制限温度」は、インバータの過熱を抑制するためにインバータをシャットダウンする温度を用いることができる。この結果、放電制御が中止されるのを抑制することができる。即ち、車両の衝突後のモータの回転停止時に、コンデンサの電荷を迅速に放電できなくなるのを抑制することができる。

こうした本発明の自動車において、前記インバータと電力をやりとり可能なバッテリと、前記インバータおよび前記コンデンサと前記バッテリとの接続および接続の解除を行なうリレーと、を備え、前記制御手段は、車両の衝突を検知したときには、前記インバータおよび前記コンデンサと前記バッテリとの接続が解除されるように前記リレーを制御するものとしてもよい。

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。 実施例のＥＣＵ５０により実行される衝突後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る。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、クラッチ２８と、インバータ３４と、バッテリ３６と、リレー４２と、コンデンサ４４と、冷却装置７０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を有する周知の同期発電電動機として構成されている。このモータ３２は、回転に伴って逆起電圧を発生する。

クラッチ２８は、モータ３２の回転軸３２ａと、駆動輪２２ａ，２２ｂにドライブシャフト（車軸）２３およびデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６と、の間に設けられている。このクラッチ２８は、係合時には、モータ３２の回転軸３２ａと駆動軸２６とを連結し、解放時には、モータ３２の回転軸３２ａと駆動軸２６との連結を解除する。

インバータ３４は、バッテリ３６と共に電力ライン４０に接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、電力ライン４０の正極母線４０ａと負極母線４０ｂとに対して、ソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、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。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、ＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上アームと称し、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の下アームと称することがある。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。コンデンサ４４は、電力ライン４０の正極母線４０ａと負極母線４０ｂとに接続されている。リレー４２は、正極母線４０ａおよび負極母線４０ｂの、コンデンサ４４との接続点よりバッテリ３６側に設けられている。このリレー４２は、インバータ３４側（インバータ３４やコンデンサ４４）と、バッテリ３６側との接続および接続の解除を行なう。

冷却装置７０は、ラジエータ７２と、循環流路７４と、電動ポンプ７６と、を備える。ラジエータ７２は、冷却水（ＬＬＣ（ロングライフクーラント））と外気との熱交換を行なう。循環流路７４は、ラジエータ７２，インバータ３４，モータ３２に冷却水を循環させるための流路である。電動ポンプ７６は、冷却水を圧送する。

ＥＣＵ５０は、図示しないが、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，通信ポートを備える。

ＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、以下のものを挙げることができる。モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３２ｂからの回転位置θｍ。モータ３２とインバータ３４とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサからのモータ３２の各相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ。インバータ３４の温度を検出する温度センサ３４ａからのインバータ温度Ｔｉｎｖ。バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサからの電池電圧Ｖｂ。バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサからの電池電流Ｉｂ。バッテリ３６に取り付けられた温度センサからの電池温度Ｔｂ。コンデンサ４４の端子間に取り付けられた電圧センサ４４ａからのコンデンサ電圧ＶＨ。冷却装置７０の循環流路７４に取り付けられた温度センサ７８からの冷却水温Ｔｗ。イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号。シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ。アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ。ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ。車速センサ６８からの車速Ｖ。車体前側の中央部や両側部などに取り付けられた加速度センサ６９からの車体加速度α。駆動輪２２ａ，２２ｂや従動輪に取り付けられた車輪速センサからの車輪速Ｖｗａ，Ｖｗｂ，Ｖｗｃ，Ｖｗｄ。

ＥＣＵ５０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、以下のものを挙げることができる。クラッチ２８へのオンオフ制御信号，インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号。リレー４２への制御信号。冷却装置７０の電動ポンプ７６への制御信号。

ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ｂにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて、モータ３２の回転数Ｎｍを演算している。また、ＥＣＵ５０は、電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、まず、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ６８からの車速Ｖとに基づいて、走行に要求される要求トルクＴｄ＊を設定する。続いて、要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるように、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、車両の衝突が検知されたときの動作について説明する。図２は、実施例のＥＣＵ５０により実行される衝突後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、車両の衝突が検知されたときに実行される。なお、実施例では、加速度センサ６９により検出された車体加速度αが衝突判定用の閾値αｒｅｆを超えたときに、車両の衝突を検知し、リレー４２をオフとするものとした。

衝突後制御ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、クラッチ２８が解放されるようにクラッチ２８を制御する（ステップＳ１００）。これにより、ドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６と、モータ３２の回転軸３２ａと、の接続が解除される。

続いて、モータ３２の回転数Ｎｍを入力する（ステップＳ１１０）。ここで、モータ３２の回転数Ｎｍは、回転位置検出センサ３２ｂにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置に基づいて演算された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、モータ３２の回転数Ｎｍを用いて、モータ３２が回転しているか回転停止しているかを判定する（ステップＳ１２０）。モータ３２が回転していると判定されたときには、三相オン制御を実行して（ステップＳ１３０）、ステップＳ１１０に戻る。このようにして、モータ３２が回転停止するまで、三相オン制御の実行を継続する。

ここで、三相オン制御は、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のうち上アーム（Ｔ１１〜Ｔ１３）の全てをオンとすると共に下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオフとするか、あるいは、上アーム（Ｔ１１〜Ｔ１３）の全てをオフとすると共に下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオンとする制御である。三相オン制御を実行すると、モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値を小さくする方向のトルク（引き摺りトルク）が発生する。

いま、まず、衝突の影響によってドライブシャフト２３とモータ３２の回転軸３２ａとの連結が解除された場合を考える。この場合には、三相オン制御を実行することにより、モータ３２を迅速に回転停止させることができる。

次に、衝突の影響によってはドライブシャフト２３とモータ３２の回転軸３２ａとの連結が解除されない場合を考える。この場合、クラッチ２８を有しない第１比較例，クラッチ２８を有しているが衝突の検知時に解放しない第２比較例では、車両の衝突後に、車両がバウンドしたり坂路でずり下がったりしてドライブシャフト２３の回転がある程度の時間に亘って継続するときに、ドライブシャフト２３の回転の継続に応じてモータ３２の回転も継続する。このため、三相オン制御の実行時間が長くなる可能性がある。これに対して、実施例では、クラッチ２８を解放して、ドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６とモータ３２の回転軸３２ａとの連結を解除する。したがって、三相オン制御を実行することにより、ドライブシャフト２３の回転に関係なく、モータ３２を迅速に回転停止させることができる。これにより、三相オン制御の実行を継続する時間が長くなるのを抑制することができる。この結果、インバータ３４の温度上昇を抑制することができる。

ステップＳ１２０でモータ３２が回転停止していると判定されたときには、三相オン制御の実行を終了し、コンデンサ電圧ＶＨなどのデータを入力する（ステップＳ１４０）。ここで、コンデンサ電圧ＶＨは、電圧センサ４４ａにより検出された値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、コンデンサ電圧ＶＨを閾値ＶＨｒｅｆと比較する（ステップＳ１５０）。ここで、閾値ＶＨｒｅｆは、コンデンサ４４の電荷の放電を終了してよいか否かを判定するために用いられる閾値である。この閾値ＶＨｒｅｆは、例えば、リレー４２がオンのときにコンデンサ４４の電圧ＶＨが数百Ｖ程度になるものにおいて、数Ｖ〜数十Ｖ程度の値を用いることができる。

コンデンサ電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆより高いときには、放電制御を実行して（ステップＳ１６０）、ステップＳ１４０に戻る。ここで、放電制御は、モータ３２にｄ軸電流が流れるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう制御である。モータ３２が回転停止しているときには、モータ３２で逆起電力が発生しない。放電制御を実行することにより、モータ３２からトルクを出力させずに、コンデンサ４４の電荷を放電させることができる。そして、コンデンサ電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以下に至ったときに、放電制御の実行を終了して、本ルーチンを終了する。

上述したように、実施例では、車両の衝突を検知したときに、クラッチ２８を解放することにより、三相オン制御の実行を継続する時間が長くなるのを抑制し、インバータ３４の温度上昇を抑制する。したがって、モータ３２の回転停止後に放電制御を実行する際に、インバータ温度Ｔｉｎｖが駆動制限温度Ｔｌｉｍ以上に至るのを抑制することができる。ここで、駆動制限温度Ｔｌｉｍは、インバータ３４の過熱を抑制するためにインバータ３４をシャットダウン（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てをオフ）する温度（例えば、１５０℃や１６０℃など）を用いることができる。この結果、放電制御が中止されるのを抑制することができる。即ち、車両の衝突後のモータ３２の回転停止時に、コンデンサ４４の電荷を迅速に放電できなくなるのを抑制することができる。特に、衝突の影響によって循環流路７４が破損したときには、冷却水がインバータ３４に十分に循環しなくなったり冷却水自体が少なくなったりして、インバータ温度Ｔｉｎｖがより上昇しやすくなることがある。この場合、モータ３２の回転停止後に放電制御を実行する際に、インバータ温度Ｔｉｎｖが駆動制限温度Ｔｌｉｍ以上により至りやすくなる。したがって、上述の実施例の制御を行なうことの意義がより大きい。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、車両の衝突の検知後において、モータ３２が回転しているときには、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のうち上アーム（Ｔ１１〜Ｔ１３）の全てまたは下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオンとする三相オン制御を実行する。そして、モータ３２が回転停止すると、モータ３２にｄ軸電流を流すことによってコンデンサ４４の電荷が放電されるようにトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングする放電制御を実行する。こうした制御を行なうものにおいて、車両の衝突が検知されると、クラッチ２８を解放して、モータ３２の回転軸３２ａとドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６との連結を解除する。これにより、車両の衝突後に、車両がバウンドしたり坂路でずり下がったりして、ドライブシャフト２３の回転がある程度の時間に亘って継続する場合でも、ドライブシャフト２３の回転に関係なく、モータ３２を回転停止させることができる。これにより、モータ３２の回転停止までに要する時間（三相オン制御の実行を継続する時間）が長くなるのを抑制することができる。したがって、モータ３２の回転停止後に放電制御を実行する際に、インバータ温度Ｔｉｎｖが駆動制限温度Ｔｌｉｍ以上に至るのを抑制することができる。この結果、放電制御が中止されるのを抑制することができる。即ち、車両の衝突後のモータ３２の回転停止時に、コンデンサ４４の電荷を迅速に放電できなくなるのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、モータ３２の回転軸３２ａとドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６との間に、クラッチ２８を設けるものとした。しかし、モータ３２の回転軸３２ａとドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６との間に、係合要素（クラッチ，ブレーキ）を有する有段（２段，３段，４段など）の変速機を設けるものとしてもよい。この場合、車両の衝突が検知されたときに、変速機の係合要素を解放して、モータ３２の回転軸３２ａとドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６との連結を解除する。そして、モータ３２が回転しているときには、三相オン制御を実行し、モータ３２が回転停止すると、放電制御を実行する。これにより、実施例と同様の効果を奏することができる。

実施例では、ドライブシャフト２３に連結された駆動軸２６にクラッチ２８を介してモータ３２の回転軸３２ａを接続する電気自動車２０の構成とした。しかし、ドライブシャフトに連結された駆動軸にクラッチを介してモータの回転軸を接続し、そのモータの回転軸にプラネタリギヤを介してエンジンと発電機とを接続するハイブリッド自動車の構成としてもよい。この構成では、車両の衝突が検知されると、クラッチを解放してドライブシャフトとモータの回転軸との連結を解除する。そして、発電機およびモータが回転しているときには、発電機用のインバータおよびモータ用のインバータに対して三相オン制御を実行する。発電機およびモータが回転停止すると、発電機やモータにｄ軸電流を流すことによってコンデンサを放電させる。こうした制御により、実施例と同様の効果を奏することができる。また、ドライブシャフトに連結された駆動軸に第１クラッチを介してモータの回転軸を接続し、そのモータの回転軸に第２クラッチを介してエンジンを接続するハイブリッド自動車の構成としてもよい。

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「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、コンデンサ４４が「コンデンサ」に相当し、クラッチ２８が「クラッチ」に相当し、ＥＣＵ５０が「制御手段」に相当する。

なお、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は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

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、自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２３ ドライブシャフト、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、２８ クラッチ、３２ モータ、３２ａ 回転軸、３２ｂ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、３４ａ 温度センサ、３６ バッテリ、４０ 電力ライン、４０ａ 正極母線、４０ｂ 負極母線、４２ リレー、４４ コンデンサ、４４ａ 電圧センサ、５０ 電制御ユニット（ＥＣＵ）、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、６９ 加速度センサ、７０ 冷却装置、７２ ラジエータ、７４ 循環流路、７６ 電動ポンプ、７８ 温度センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６ トランジスタ。

Claims (1)

1. 走行用の三相交流のモータと、
   複数のスイッチング素子のスイッチングによって前記モータを駆動するインバータと、
   前記インバータの端子間の電圧を平滑するコンデンサと、
   車両の衝突の検知後において、前記モータが回転しているときには、前記複数のスイッチング素子のうち上アームの全てまたは下アームの全てがオンとなるように前記インバータを制御する三相オン制御を実行し、前記モータの回転が停止すると、前記モータにｄ軸電流を流すことによって前記コンデンサの電荷が放電されるように前記インバータを制御する放電制御を実行する制御手段と、
   を備える自動車であって、
   車軸と前記モータとの間には、クラッチが設けられており、
   前記制御手段は、前記車両の衝突を検知すると、前記クラッチを解放する、
   ことを特徴とする自動車。

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