JP2016123229A - 自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の衝突後にモータの回転が継続しているときに、コンデンサの電圧を、モータの回転に伴って発生する逆起電圧より低くする。
【解決手段】車両の衝突が検知されたときには、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と、放電回路４６のスイッチング素子４８をオンとする放電用制御と、を実行する。こうした制御により、モータ３２の回転に伴って発生する逆起電圧に起因する電力がコンデンサ４４に供給されないようにしながら、コンデンサ４４の電荷を放電抵抗４７によって熱として消費させることができる。
【選択図】図１

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、放電回路と、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、放電モジュールと、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、回転軸が車軸に連結されている。インバータは、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側ラインと負極側ラインとに接続されている。放電モジュールは、電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとに接続されており、放電抵抗と放電リレーとが直列に接続されている。この自動車では、車両の衝突が検知されたときには、放電リレーをオンとする。このようにして、コンデンサの電荷を放電抵抗により熱として消費させて、コンデンサの電圧を低下させている。

特開２０１３−９０４２４号公報

こうした自動車では、衝突時に、その衝撃によってモータの回転軸と車軸との連結が解除され、その後に、モータの回転が継続することがある。この場合、インバータを駆動停止すると（６つのトランジスタの全てをオフとすると）、モータの回転に伴って発生する逆起電圧がコンデンサの電圧より高い場合に、モータの逆起電圧に起因する電力がコンデンサに供給される。このため、コンデンサの電圧をモータの逆起電圧より低くすることができない。

本発明の自動車は、車両の衝突後にモータの回転が継続しているときに、コンデンサの電圧を、モータの回転に伴って発生する逆起電圧より低く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、
車軸に連結された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、
放電抵抗とスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記コンデンサに並列に接続された放電回路と、
を備える自動車であって、
車両の衝突が検知されたときには、前記インバータの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すると共に、前記放電回路の前記スイッチング素子がオンとなるように前記放電回路を制御する放電用制御を実行する制御手段、
を備えることを特徴とする。

この本発明の自動車では、車両の衝突が検知されたときには、インバータの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と共に、放電回路の前記スイッチング素子がオンとなるように放電回路を制御する放電用制御を実行する。三相オン制御を実行することにより、車両の衝突の検知後にモータが回転している場合に、モータの回転に伴って発生する逆起電圧に起因する電力がコンデンサに供給されないようにすることができる。したがって、放電回路のスイッチング素子をオンとして、コンデンサの電荷を放電抵抗によって熱として消費させることにより、コンデンサの電圧をモータの逆起電圧より低くすることができる。即ち、車両の衝突の検知後にモータが回転しているときでも、コンデンサの電荷を放電させることができる。

こうした本発明の自動車において、前記制御手段は、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行中に、前記モータの回転数が第１閾値以下になる回転数条件と、前記コンデンサの電圧が第２閾値以下になる電圧条件と、が共に成立したときに、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行を終了するものとしてもよい。

また、本発明の自動車において、前記制御手段は、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行中に、前記モータの回転数が第１閾値以下になる回転数条件が成立したときに前記三相オン制御の実行を終了し、前記コンデンサの電圧が第２閾値以下になる電圧条件が成立したときに前記放電用制御の実行を終了するものとしてもよい。

さらに、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および前記放電回路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および前記放電回路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検知時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 車両の衝突を検知してリレー４２をオフとした後の、実施例の場合の電力の流れの様子を示す説明図である。 車両の衝突を検知してリレー４２をオフとした後の、比較例の場合の電力の流れの様子を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

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、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、放電回路４６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、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に接続されている。また、モータ３２は、回転に伴って逆起電圧を発生する。

インバータ３４は、バッテリ３６と電力ライン４０により接続されている。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。放電回路４６も、正極母線４０ａと負極母線４０ｂとに接続されている。この放電回路４６は、放電抵抗４７と、スイッチング素子４８と、が直列に接続されて構成されている。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との接続点や放電回路４６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，放電回路４６）と、バッテリ３６側との接続および接続の解除を行なう。

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３２ａ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。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。

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。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。放電回路４６のスイッチング素子４８へのスイッチング制御信号。

ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ａ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、或いは、電圧センサにより検出された電池電圧ＶｂとＯＣＶ（開路電圧）カーブとの関係に基づいて、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＊を算出する。続いて、要求トルクＴｄ＊に基づいてモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に算出する。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検知時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（負の値）を超えたとき（α＜αｒｅｆになったとき）に、車両の衝突を検知するものとした。

衝突検知時制御ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、リレー４２をオフとする（ステップＳ１００）。これにより、インバータ３４側（インバータ３４やコンデンサ４４，放電回路４６）と、バッテリ３６側との接続が解除される。

続いて、三相オン制御および放電用制御の実行を開始する（ステップＳ１１０）。ここで、三相オン制御は、インバータ４１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。また、放電用制御は、放電回路４６のスイッチング素子４８をオンとする制御である。

車両の衝突時には、その衝撃によってモータ３２の回転軸とドライブシャフト２３との連結が解除され、モータ３２の回転が継続することがある。実施例としては、車両の衝突を検知してリレー４２をオフとした後に、上述の三相オン制御および放電用制御を実行する場合を考える。また、比較例としては、リレー４２をオフとした後に、インバータ３４を駆動停止する（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の全てをオフとする）と共に放電用制御を実行する場合を考える。図３は、実施例の場合の電力の流れの様子を示す説明図であり、図４は、比較例の場合の電力の流れの様子を示す説明図である。

車両の衝突を検知してリレー４２をオフとした後に、モータ３２の回転が継続しているときにおいて、比較例の場合、モータ３２の回転に伴って発生する逆起電圧がコンデンサ４４の電圧より高いときには、図４に示すように、モータ３２の逆起電圧に起因する電力がコンデンサ４４に供給される。このため、放電用制御を実行しても、コンデンサ４４の電圧をモータ３２の逆起電圧より低くすることはできない。これに対して、実施例では、三相オン制御を実行することにより、図３に示すように、モータ３２の逆起電圧に起因する電力がコンデンサ４４に供給されないようにすることができる。したがって、放電用制御の実行によって、コンデンサ４４の電荷を放電抵抗４７によって熱として消費させることにより、コンデンサ４４の電圧ＶＨをモータ３２の逆起電圧より低くすることができる。即ち、モータ３２が回転しているときでも、コンデンサ４４の電荷を放電させることができる。なお、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。したがって、モータ３２の回転数Ｎｍを小さくして、モータ３２を回転停止させることができる。

こうして三相オン制御および放電用制御の実行を開始すると、三相オン制御および放電用制御の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、終了条件としては、モータ３２の回転数Ｎｍが閾値Ｎｍｒｅｆ以下である回転数条件と、コンデンサ４４の電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ以下である電圧条件と、を用いることができる。閾値Ｎｍｒｅｆは、モータ３２の逆起電圧がコンデンサ４４の電荷の放電に影響を与えない程度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Ｎｍｒｅｆは、例えば、数十ｒｐｍ程度の値を用いることができる。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。実施例では、回転数条件と電圧条件とが共に成立したときに、終了条件が成立したと判定するものとした。

ステップＳ１２０で終了条件が成立していないと判定されたときには、三相オン制御および放電用制御の実行を継続して、終了条件が成立するのを待つ。そして、終了条件が成立すると、三相オン制御および放電用制御の実行を終了して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。回転数条件と電圧条件とが共に成立したときに、三相オン制御および放電用制御の実行を終了することにより、車両の衝突の検知後に、モータ３２の逆起電圧に起因する電力によってコンデンサ４４の電圧ＶＨが上昇するのを、より確実に抑制することができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、車両の衝突が検知されたときには、三相オン制御および放電用制御を実行する。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）の全てまたは下アーム（Ｔ１４〜Ｔ１６）の全てをオンとする制御である。また、放電用制御は、放電回路４６のスイッチング素子４８をオンとする制御である。このように三相オン制御および放電用制御を実行することにより、モータ３２の回転に伴って発生する逆起電圧に起因する電力がコンデンサ４４に供給されないようにしながら、コンデンサ４４の電荷を放電抵抗４７によって熱として消費させることができる。これにより、コンデンサ４４の電圧ＶＨをモータ３２の逆起電圧より低くすることができる。即ち、モータ３２が回転しているときでも、コンデンサ４４の電荷を放電させることができる。

実施例の電気自動車２０では、三相オン制御および放電用制御の実行中に、回転数条件と電圧条件とが共に成立したときに、終了条件が成立したと判定し、三相オン制御および放電用制御の実行を終了するものとした。しかし、三相オン制御および放電用制御の実行中に、回転数条件が成立したときに三相オン制御の実行を終了し、電圧条件が成立したときに放電用制御の実行を終了するものとしてもよい。基本的に、回転数条件と電圧条件とは異なるタイミングで成立する。このため、この変形例の制御により、以下の効果を奏する。回転数条件，電圧条件の順に成立する場合には、実施例に比して、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間を短くすることができる。また、電圧条件，回転数条件の順に成立する場合には、実施例に比して、スイッチング素子４８のオン時間を短くすることができる。

実施例では、モータ３２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と放電回路４６とを備える電気自動車２０の構成とした。しかし、モータを１つだけでなく、複数備える電気自動車の構成としてものとしてもよい。また、図５の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、モータ３２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と放電回路４６とに加えて、エンジン１２２と、プラネタリギヤ１３０と、モータ１３２と、インバータ１３４と、を備える構成としてもよい。プラネタリギヤ１３０は、エンジン１２２とモータ１３２と駆動軸２６とに接続されている。インバータ１３４は、モータ１３２を駆動すると共に、バッテリ３６と電力をやりとりする。さらに、図６の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、モータ３２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と放電回路４６とに加えて、エンジン２２２と、クラッチ２２４と、変速機２３０と、を備える構成としてもよい。エンジン２２２とモータ３２とは、クラッチ２２４を介して接続されている。変速機２３０は、モータ３２の回転軸と駆動軸２６とに接続されている。加えて、シリーズタイプの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、放電抵抗４７とスイッチング素子４８とにより構成される放電回路４６が「放電回路」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、３２，１３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３４ インバータ、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、４６ 放電回路、４７ 放電抵抗、４８ スイッチング素子、５０ 電子制御ユニット（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、１２０，２２０ ハイブリッド自動車、１２２，２２２ エンジン、１３０ プラネタリギヤ、１３４ インバータ、２２４ クラッチ、２３０ 変速機、Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６ トランジスタ。

Claims (3)

1. 車軸に連結された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、
   放電抵抗とスイッチング素子とが直列に接続されて構成され、前記コンデンサに並列に接続された放電回路と、
   を備える自動車であって、
   車両の衝突が検知されたときには、前記インバータの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すると共に、前記放電回路の前記スイッチング素子がオンとなるように前記放電回路を制御する放電用制御を実行する制御手段、
   を備えることを特徴とする自動車。
2. 請求項１記載の自動車であって、
   前記制御手段は、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行中に、前記モータの回転数が第１閾値以下になる回転数条件と、前記コンデンサの電圧が第２閾値以下になる電圧条件と、が共に成立したときに、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行を終了する、
   ことを特徴とする自動車。
3. 請求項１記載の自動車であって、
   前記制御手段は、前記三相オン制御および前記放電用制御の実行中に、前記モータの回転数が第１閾値以下になる回転数条件が成立したときに前記三相オン制御の実行を終了し、前記コンデンサの電圧が第２閾値以下になる電圧条件が成立したときに前記放電用制御の実行を終了する、
   ことを特徴とする自動車。

Images