JP2017094825A - ハイブリッド車両の駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者がインバータのスイッチの故障を認識できない状態で車両を走行させ続けてしまうことを防止することができるハイブリッド車両の駆動制御装置を提供すること。【解決手段】ＩＮＶＣＭは、インバータを構成するＵ相、Ｖ相及びＷ相のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があるか否かを判断する（ステップＳ３）。ＩＮＶＣＭは、少なくとも１つのアームに故障があると判断した場合には、エンジンとモータジェネレータとの駆動を停止させ（ステップＳ５）、警報を発するように警報部を制御する（ステップＳ６）。【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両の駆動制御装置に関する。

従来、ハイブリッド車両などに設けられている電動機を駆動するために、バッテリから供給される直流電力を交流に変換するインバータを備えたものが知られている。このインバータが故障したときのフェールセーフ処理を行う技術として、例えば、インバータを構成する複数のアームのいずれかのスイッチに短絡故障が発生した場合には、インバータと電動機の間に設けられたスイッチを閉状態から開状態に切り替えることで、インバータと電動機との間に流れる電流を遮断する技術が特許文献１に提案されている。

特開２００７−３０６７２０号公報

しかしながら、特許文献１に提案されたような従来の技術は、運転者がインバータのスイッチの故障を認識できない状態で車両を走行させ続けてしまう虞があるといった課題があった。

そこで、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、運転者がインバータのスイッチの故障を認識できない状態で車両を走行させ続けてしまうことを防止することができるハイブリッド車両の駆動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の一態様は、エンジンと、バッテリと、バッテリから供給される直流電力を交流に変換するインバータと、インバータによって交流に変換された電力によって駆動する電動機と、が設けられたハイブリッド車両の駆動制御装置であって、インバータを構成する複数のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があるか否かを検出する故障検出部と、故障検出部によって少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことを条件として、エンジンと電動機との駆動を停止させる故障制御部とを備える。

本発明は、運転者がインバータのスイッチの故障を認識できない状態で車両を走行させ続けてしまうことを防止することができるハイブリッド車両の駆動制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置を搭載した車両の要部を示す構成図である。 図２は、図１に示したインバータ及びインバータに関する構成要素を示す構成図である。 図３は、本発明の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の駆動制御動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。以下、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置を搭載した車両について説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、トランスミッション３と、モータジェネレータ４と、駆動輪５と、ハイブリッド車両１を総合的に制御するＨＣＵ（Hybrid Control Unit）１０と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）１１と、トランスミッション３を制御するＴＣＭ（Transmission Control Module）１２と、ＩＮＶＣＭ（Invertor Control Module）１４と、高電圧ＢＭＳ１６とを含んで構成される。

エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施の形態において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程からなる一連の４行程を行うように構成されている。

トランスミッション３は、エンジン２から出力された回転を変速し、ドライブシャフト２３を介して駆動輪５を駆動するようになっている。トランスミッション３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の変速機構２５と、ノーマルクローズタイプの乾式クラッチによって構成されるクラッチ２６と、ディファレンシャル機構２７と、図示しないアクチュエータとを備えている。

モータジェネレータ４は、ディファレンシャル機構２７に対して、チェーン等の動力伝達機構２８を介して連結されている。モータジェネレータ４は、電動機として機能する。

このように、ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータジェネレータ４を並列に連結したパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータジェネレータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行するようになっている。

モータジェネレータ４は、発電機としても機能し、ハイブリッド車両１の走行によって発電を行うようになっている。なお、モータジェネレータ４は、エンジン２から駆動輪５までの動力伝達経路の何れかの箇所に動力伝達可能に連結されていればよく、必ずしもディファレンシャル機構２７に連結される必要はない。

ハイブリッド車両１は、蓄電装置３３を含む高電圧パワーパック３４と、高電圧ケーブル３５とを備えている。蓄電装置３３は、充電可能な二次電池から構成されている。蓄電装置３３は、例えば、リチウムイオン電池からなる。蓄電装置３３は、規定の高電圧を発生するようにセルの個数等が設定された高電圧バッテリである。蓄電装置３３の残容量などの状態は、高電圧ＢＭＳ１６によって管理される。

高電圧パワーパック３４は、蓄電装置３３に加えて、インバータ４５を有している。高電圧パワーパック３４は、高電圧ケーブル３５を介して、モータジェネレータ４に電力を供給可能に接続されている。

インバータ４５は、ＩＮＶＣＭ１４の制御により、高電圧ケーブル３５にかかる交流電力と、蓄電装置３３にかかる直流電力とを相互に変換するようになっている。例えば、ＩＮＶＣＭ１４は、モータジェネレータ４を力行させるときには、蓄電装置３３が放電した直流電力をインバータ４５により交流電力に変換させてモータジェネレータ４に供給する。

ＩＮＶＣＭ１４は、モータジェネレータ４を回生させるときには、モータジェネレータ４が発電した交流電力をインバータ４５により直流電力に変換させて蓄電装置３３に充電する。

ＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。

これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６としてそれぞれ機能させるためのプログラムが格納されている。

すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施の形態におけるＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１、ＴＣＭ１２、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６としてそれぞれ機能する。

本実施の形態において、ＥＣＭ１１は、アイドリングストップ制御を実行するようになっている。このアイドリングストップ制御において、ＥＣＭ１１は、所定の停止条件の成立時にエンジン２を停止させ、所定の再始動条件の成立時にエンジン２を再始動させるようになっている。このため、エンジン２の不要なアイドリングが行われなくなり、ハイブリッド車両１の燃費を向上させることができる。

ハイブリッド車両１には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を形成するためのＣＡＮ通信線４８、４９が設けられている。

ＨＣＵ１０は、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６にＣＡＮ通信線４８によって接続されている。ＨＣＵ１０、ＩＮＶＣＭ１４及び高電圧ＢＭＳ１６は、ＣＡＮ通信線４８を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行う。

ＨＣＵ１０は、ＥＣＭ１１及びＴＣＭ１２にＣＡＮ通信線４９によって接続されている。ＨＣＵ１０、ＥＣＭ１１及びＴＣＭ１２は、ＣＡＮ通信線４９を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行う。

図２に示すように、ハイブリッド車両１は、バッテリとしての蓄電装置３３の正極及び負極にそれぞれ設けられたメインリレー５０ａ、５０ｂを有している。メインリレー５０ａは、一端が蓄電装置３３の負極に接続され、他端が負極線ＮＬに接続されている。

メインリレー５０ａは、ＩＮＶＣＭ１４の制御に応じて、蓄電装置３３の負極と負極線ＮＬとを接続又は切断するようになっている。メインリレー５０ｂは、一端が蓄電装置３３の正極に接続され、他端が正極線ＰＬに接続されている。メインリレー５０ｂは、ＩＮＶＣＭ１４の制御に応じて、蓄電装置３３の正極と正極線ＰＬとを接続又は切断するようになっている。

本実施の形態において、モータジェネレータ４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の交流電力により駆動する三相交流モータによって構成される。例えば、モータジェネレータ４は、回転磁界を形成するステータと、複数の永久磁石が埋め込まれてステータの内部に配置されたロータとを有している。

ステータは、ステータコア及びステータコアに巻き掛けられたＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相コイルを有している。ここで、ステータの三相コイルに三相交流電力が供給されると、ステータによって回転磁界が形成され、この回転磁界にロータに埋め込まれた永久磁石が引かれることにより、ロータが回転駆動される。このロータの回転駆動力により、ハイブリッド車両１が駆動される。このように、モータジェネレータ４は、電動機として機能する。

また、ロータに埋め込まれた永久磁石が回転すると、回転磁界が形成され、この回転磁界によりステータの三相コイルに誘導電流が流れることにより、三相コイルの両端に電力が発生する。このように、モータジェネレータ４は、発電機としても機能するようになっている。

インバータ４５は、平滑コンデンサ５３と、ディスチャージ抵抗５４と、スイッチング回路５５とを有している。

平滑コンデンサ５３は、一端が正極線ＰＬに接続され、他端が負極線ＮＬに接続されている。平滑コンデンサ５３は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に生じた直流電力の電圧を平滑化するようになっている。

ディスチャージ抵抗５４は、一端が正極線ＰＬに接続され、他端が負極線ＮＬに接続されている。ディスチャージ抵抗５４は、平滑コンデンサ５３に蓄えられた電荷を放電するために設けられ、平滑コンデンサ５３の残電圧及び再起電圧を抑制するようになっている。

スイッチング回路５５は、平滑コンデンサ５３によって電圧が平滑化された直流電力を交流に変換する電力変換回路を構成する。スイッチング回路５５は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８と、ダイオードＤ３〜Ｄ８とを含んで構成される。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）によって構成されている。

スイッチング素子Ｑ３は、コレクタが正極線ＰＬに接続され、エミッタがモータジェネレータ４のＵ相の入力端子に接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。スイッチング素子Ｑ４は、コレクタがスイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続され、エミッタが負極線ＮＬに接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。

ダイオードＤ３は、カソードがスイッチング素子Ｑ３のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ３のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ３と、スイッチング素子Ｑ３とは、Ｕ相の上アームを構成する。

ダイオードＤ４は、カソードがスイッチング素子Ｑ４のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ４のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ４と、スイッチング素子Ｑ４とは、Ｕ相の下アームを構成する。

スイッチング素子Ｑ５は、コレクタが正極線ＰＬに接続され、エミッタがモータジェネレータ４のＶ相の入力端子に接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。スイッチング素子Ｑ６は、コレクタがスイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続され、エミッタが負極線ＮＬに接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。

ダイオードＤ５は、カソードがスイッチング素子Ｑ５のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ５のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ５と、スイッチング素子Ｑ５とは、Ｖ相の上アームを構成する。

ダイオードＤ６は、カソードがスイッチング素子Ｑ６のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ６のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ６と、スイッチング素子Ｑ６とは、Ｖ相の下アームを構成する。

スイッチング素子Ｑ７は、コレクタが正極線ＰＬに接続され、エミッタがモータジェネレータ４のＷ相の入力端子に接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。スイッチング素子Ｑ８は、コレクタがスイッチング素子Ｑ７のエミッタに接続され、エミッタが負極線ＮＬに接続され、ゲートがＩＮＶＣＭ１４に接続されている。

ダイオードＤ７は、カソードがスイッチング素子Ｑ７のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ７のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ７と、スイッチング素子Ｑ７とは、Ｗ相の上アームを構成する。

ダイオードＤ８は、カソードがスイッチング素子Ｑ８のコレクタに接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ８のエミッタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ８と、スイッチング素子Ｑ８とは、Ｗ相の下アームを構成する。

各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の各ゲートは、ＩＮＶＣＭ１４によりデューティ比が制御された制御信号によって、モータジェネレータ４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相に流れる電流の向きと量が１２０度の位相差をもって連続的に変化する交流となるように制御される。この結果、モータジェネレータ４のステータが回転磁界を形成し、モータジェネレータ４のロータが回転させられる。

本実施の形態において、ＩＮＶＣＭ１４は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があるか否かを検出する故障検出部６０として機能を有する。すなわち、ＩＮＶＣＭ１４は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を制御するとともに、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のアームのスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８うち少なくとも１つのスイッチング素子に短絡などの故障（以下、本実施の形態においては、単に「アームの短絡故障」という）があるか否かを検出するようになっている。

例えば、ＩＮＶＣＭ１４の入力ポートには、モータジェネレータ４のＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流値をそれぞれ検出する電流センサ５６ａ〜５６ｃが接続されている。ＩＮＶＣＭ１４は、各電流センサ５６ａ〜５６ｃによって検出された電流値と、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８を制御したときのＵ相、Ｖ相及びＷ相の制御に応じた電流値とを比較することにより、アームの短絡故障があるか否かを検出するようになっている。

ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障があることを検出したことを条件として、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させる故障制御部６１としての機能を有する。具体的には、ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障があることを検出したことを条件として、メインリレー５０ａ、５０ｂを切断することによりモータジェネレータ４の駆動を停止させるとともに、ＨＣＵ１０を介してＥＣＭ１１にエンジン２を停止させるための制御信号を送信するようになっている。この制御信号を受けたＥＣＭ１１は、エンジン２に対する燃料の供給を停止するなどしてエンジン２を停止させるようになっている。

ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障があることを検出したことを条件として、アームの短絡故障があることを検出したこと（以下、単に「アームの短絡故障履歴」という）をフラッシュメモリなどの記憶媒体に記憶する記憶部６２としての機能を有する。ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障履歴が記憶媒体に記憶されていることを条件として、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させるようになっている。

ハイブリッド車両１は、警報を発する警報部６３を備えている。警報部６３は、例えば、インストルメントパネルのランプ類や図示しないスピーカ装置などによって構成される。

ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障があることを検出したこと、又は、アームの短絡故障履歴があることを条件として、警報を発するように警報部６３を制御するようになっている。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両の駆動制御装置の駆動制御動作について図３を参照して説明する。なお、以下に説明する駆動制御動作は、ＩＮＶＣＭ１４が作動している間、繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１において、ＩＮＶＣＭ１４は、フラッシュメモリなどの記憶媒体からアームの短絡故障履歴を読み出し、駆動制御動作をステップＳ２に進める。ステップＳ２において、ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障履歴があったか否かを判断する。

ステップＳ２において、アームの短絡故障履歴がなかったと判断した場合には、ＩＮＶＣＭ１４は、駆動制御動作をステップＳ３に進める。ステップＳ２において、アームの短絡故障履歴があったと判断した場合には、ＩＮＶＣＭ１４は、駆動制御動作をステップＳ５に進める。

ステップＳ３において、ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障があることを検出したか否かを判断する。ステップＳ３において、アームの短絡故障があることを検出しなかったと判断した場合には、ＩＮＶＣＭ１４は、駆動制御動作を終了する。ステップＳ３において、アームの短絡故障履歴があったと判断した場合には、ＩＮＶＣＭ１４は、駆動制御動作をステップＳ４に進める。

ステップＳ４において、ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障履歴を記憶媒体に記憶し、駆動制御動作をステップＳ５に進める。ステップＳ５において、ＩＮＶＣＭ１４は、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させ、駆動制御動作をステップＳ６に進める。ステップＳ６において、ＩＮＶＣＭ１４は、警報を発するように警報部６３を制御し、駆動制御動作を終了する。

以上のように、本実施の形態は、アームの短絡故障を検出したことを条件として、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させるため、運転者がインバータ４５のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の故障を認識できない状態で車両を走行させ続けてしまうことを防止することができる。

また、本実施の形態は、アームの短絡故障を検出したことを条件として、エンジン２及びモータジェネレータ４の駆動を停止させるため、インバータ４５が故障しているにも関わらず、エンジン２の機関回転又は駆動輪５の回転によりモータジェネレータ４が回転させられることによって発電された電力が故障しているインバータ４５に供給されることを防止することができる。

また、本実施の形態は、アームの短絡故障履歴が記憶媒体に記憶されていることを条件として、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させるため、運転者がインバータ４５のスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８の故障を認識できない状態でハイブリッド車両１が走行させられてしまうことを防止することができる。

また、本実施の形態は、アームの短絡故障を検出したこと又はアームの短絡故障履歴があったことを条件として、エンジン２とモータジェネレータ４との駆動を停止させるため、インバータ４５が故障した状態でハイブリッド車両１が走行させられることを防止することができる。

また、本実施の形態は、アームの短絡故障を検出したこと又はアームの短絡故障履歴があったことを条件として、警報を発するように警報部６３を制御するため、インバータ４５が故障した状態であることを運転者に認識させることができる。

なお、本実施の形態において、故障検出部６０、故障制御部６１及び記憶部６２をＩＮＶＣＭ１４によって構成した例を説明したが、各故障検出部６０、故障制御部６１及び記憶部６２は、ＨＣＵ１０などの他のコンピュータユニットによって構成してもよい。

また、本実施の形態において、ＩＮＶＣＭ１４は、メインリレー５０ａ、５０ｂを切断することによりモータジェネレータ４の駆動を停止させるものとして説明したが、モータジェネレータ４と蓄電装置３３とが電気的に切断されれば、他の態様でモータジェネレータ４の駆動を停止させるようにしてもよい。

また、本実施の形態において、動力伝達機構２８にエンジン２とモータジェネレータ４との連結状態を開放状態と締結状態とのいずれかに切り替えるクラッチ機構を設け、ＩＮＶＣＭ１４は、アームの短絡故障を検出したこと又はアームの短絡故障履歴があったことを条件として、動力伝達機構２８に設けたクラッチ機構を連結状態から開放状態に切り替えるようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について開示したが、本発明の範囲を逸脱することなく本実施の形態に変更を加えられ得ることは明白である。本発明の実施の形態は、このような変更が加えられた等価物が特許請求の範囲に記載された発明に含まれることを前提として開示されている。

１ ハイブリッド車両（車両）
２ エンジン
４ モータジェネレータ（電動機）
３３ 蓄電装置（バッテリ）
４５ インバータ
６０ 故障検出部
６１ 故障制御部
６２ 記憶部
６３ 警報部

Claims (4)

1. エンジンと、
   バッテリと、
   前記バッテリから供給される直流電力を交流に変換するインバータと、
   前記インバータによって交流に変換された電力によって駆動する電動機と、が設けられたハイブリッド車両の駆動制御装置であって、
   前記インバータを構成する複数のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があるか否かを検出する故障検出部と、
   前記故障検出部によって少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことを条件として、前記エンジンと前記電動機との駆動を停止させる故障制御部と、を備えたハイブリッド車両の駆動制御装置。
2. 前記故障検出部によって少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことを条件として、前記故障検出部によって少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことを記憶媒体に記憶する記憶部と、
   前記故障検出部によって少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことが前記記憶媒体に記憶されていることを条件として、前記エンジンと前記電動機との駆動を停止させる故障制御部と、を更に備えた請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
3. 警報を発する警報部を更に備え、
   前記故障制御部は、前記複数のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があることを検出したことを条件として、前記警報を発するように前記警報部を制御する請求項１に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。
4. 警報を発する警報部を更に備え、
   前記故障制御部は、前記複数のアームのうち少なくとも１つのアームに故障があることが検出されたことが前記記憶媒体に記憶されていることを条件として、前記警報を発するように前記警報部を制御する請求項２に記載のハイブリッド車両の駆動制御装置。