JP2017169390A - 車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンデンサの放電制御後にインバータを停止する際におけるコンデンサの端子間電圧の上昇量を適切に抑制する。【解決手段】車両は、バッテリに接続される昇圧コンバータと、昇圧コンバータに接続される第1インバータおよび第2インバータと、第1MG(モータジェネレータ)と、第2MGと、昇圧コンバータと各インバータとを接続する電力線対間に設けられるコンデンサと、ECUとを備える。ECUは、車両衝突が発生した場合、各MGにq軸電流を流さずにd軸電流を流すように各インバータをスイッチング動作させるコンデンサ放電制御を実行する。ECUは、コンデンサ放電制御の終了後に、各MGに流れる電流がゼロになるように各インバータをスイッチング動作させる還流低減制御を実行する。ECUは、還流低減制御を実行した後に各インバータをシャットダウンする。【選択図】図4

Description

本発明は、インバータを介して回転電機に電気的に接続されたコンデンサを備える車両が衝突した場合にコンデンサの残留電荷を放電する技術に関する。
特開2012−100385号公報(特許文献1)には、バッテリと、バッテリに接続される昇圧コンバータと、昇圧コンバータに接続されるインバータと、インバータによって駆動される永久磁石式のモータと、昇圧コンバータとインバータとを接続する電力線対間に接続される第1コンデンサと、昇圧コンバータとバッテリとを接続する電力線対間に接続される第2コンデンサとを備える車両が開示されている。この車両は、他の車両あるいは障害物などの衝突対象に衝突した場合、モータにq軸電流(トルクに影響するトルク電流)を流さずにd軸電流(トルクには影響しない界磁電流)を流すようにインバータをスイッチング動作させることによってコンデンサの残留電荷を放電させる放電制御を行ない、その後にインバータを停止(ゲート遮断)する。
また、上記車両は、インバータ停止後もしばらくの間はモータコイルの電気的な慣性力によってモータコイルに電流が流れて第1コンデンサに電荷が還流されることに鑑み、インバータを停止する際に、昇圧コンバータの上側アームをオン状態(導通状態)にすることによって電荷を第1コンデンサだけでなく第2コンデンサにも分配する電荷分配を行なう。これにより、第1コンデンサの端子間電圧(以下「システム電圧」ともいう)がインバータ停止時の還流電荷によって上昇することが抑制される。
特開2012−100385号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示された電荷分配は、インバータ停止時の還流電荷を2つのコンデンサに分配するものに過ぎない。そのため、たとえばインバータ停止時にモータが回転している場合などモータコイルに蓄えられているエネルギが大きい場合には、インバータ停止時にモータコイルに蓄えられているエネルギによってモータから多量の電荷が還流されるため、特許文献1のような電荷分配を行なうだけでは、インバータ停止後のシステム電圧の上昇を適切に抑制することができないことが懸念される。
本発明は、上述の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、コンデンサの放電制御後にインバータを停止する際におけるコンデンサの端子間電圧の上昇量を適切に抑制することである。
この発明に係る車両は、少なくとも1つの永久磁石式の回転電機と、回転電機を駆動するためのインバータと、インバータに接続される直流の電力線対と、電力線対の間に接続されるコンデンサと、インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両の衝突が検出された場合、回転電機にq軸電流を流さずにd軸電流を流すようにインバータをスイッチング動作させることによってコンデンサに蓄えられた電荷を放電させる第1制御を実行する。制御装置は、第1制御を開始してから所定時間が経過した場合およびコンデンサの電圧がしきい値未満である場合の少なくとも一方の場合に、第1制御を停止し、かつ回転電機を流れる電流が第1制御の実行中よりも低下するようにインバータをスイッチング動作させる第2制御を実行する。制御装置は、第2制御を実行した後にインバータをゲート遮断状態に切り替える第3制御を実行する。
上記構成によれば、制御装置は、第1制御(コンデンサの放電制御)の停止後に、インバータを直ぐにゲート遮断に切り替えるのではなく、回転電機を流れる電流が第1制御の実行中よりも低下するようにインバータをスイッチング動作させる第2制御を実行し、第2制御を実行した後にインバータをゲート遮断に切り替える。これにより、インバータをゲート遮断する時に回転電機のコイルに蓄えられているエネルギが低減されるので、インバータをゲート遮断する時のコンデンサへの電荷還流量が低減される。その結果、コンデンサの放電制御後にインバータを停止(ゲート遮断)する際におけるコンデンサの端子間電圧の上昇量を適切に抑制することができる。
この発明の別の局面に係る車両は、永久磁石式の第1回転電機と、第1回転電機を駆動するための第1インバータと、永久磁石式の第2回転電機と、第2回転電機を駆動するための第2インバータと、第1インバータおよび第2インバータに接続される直流の電力線対と、電力線対の間に接続されるコンデンサと、第1インバータおよび第2インバータを制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両の衝突が検出された場合、第1回転電機および第2回転電機にq軸電流を流さずにd軸電流を流すように第1インバータおよび第2インバータをスイッチング動作させることによってコンデンサに蓄えられた電荷を放電させる第1制御を実行する。制御装置は、第1制御を開始してから所定時間が経過した場合およびコンデンサの電圧がしきい値未満である場合の少なくとも一方の場合に、第1制御を停止し、かつ第1回転電機および第2回転電機を流れる電流の合計が第1制御の実行中よりも低下するように第1インバータおよび第2インバータを制御する第2制御を実行する。制御装置は、第2制御を実行した後に第1インバータおよび第2インバータをゲート遮断状態に制御する第3制御を実行する。
上記構成によれば、2つの回転電機(第1回転電機および第2回転電機)および2つのインバータ(第1インバータおよび第2インバータ)を備える車両において、制御装置は、第1制御(コンデンサの放電制御)の停止後に、2つのインバータを直ぐにゲート遮断に切り替えるのではなく、2つの回転電機を流れる電流の合計が第1制御の実行中よりも低下するように2つのインバータを制御する第2制御を実行し、第2制御を実行した後に2つのインバータをゲート遮断に制御する。これにより、2つのインバータをゲート遮断に制御する時に2つの回転電機のコイルに蓄えられているエネルギの合計が低減されるので、2つのインバータをゲート遮断に制御する時のコンデンサへの電荷還流量が低減される。その結果、コンデンサの放電制御後に2つのインバータをゲート遮断に制御する際におけるコンデンサの端子間電圧の上昇量を適切に抑制することができる。
好ましくは、第1制御は、第1回転電機および第2回転電機のq軸電流の大きさがゼロとなり、かつ第1回転電機のd軸電流の大きさがゼロよりも大きい第1所定値となり、かつ第2回転電機のd軸電流の大きさがゼロよりも大きい第2所定値となるように、第1インバータおよび第2インバータをスイッチング動作させる制御である。第2制御は、第1インバータをゲート遮断状態にし、かつ第2回転電機のq軸電流の大きさがゼロとなりかつ第2回転電機のd軸電流の大きさが第2所定値以下となるように第1インバータをスイッチング動作させる制御であり、第3制御は、第2制御を実行した後に第1インバータをゲート遮断状態に維持しつつ第2インバータをゲート遮断状態に切り替える制御である。
上記構成によれば、制御装置は、第1制御の停止後に、第1インバータを第2インバータよりも先にゲート遮断状態に切り替える。これにより、第1回転電機を流れる電流を低減した後に、第2インバータをゲート遮断状態に切り替えることができる。そのため、2つのインバータを同時にゲート遮断状態に切り替える場合に比べて、複雑な制御を行なうことなく、コンデンサへの電荷還流量を低減することができる。
車両の全体構成を概略的に示す図である。 車両の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。 電流フィードバック制御の機能ブロック図である。 ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その1)である。 車両衝突が発生した場合のシステム電圧VHおよび各MGのd軸電流の変化の一例を示す図(その1)である。 ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その2)である。 車両衝突が発生した場合のシステム電圧VHおよび各MGのd軸電流の変化の一例を示す図(その2)である。 ECUの処理手順の一例を示すフローチャート(その3)である。
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返さない。
<車両の全体構成>
図1は、本実施の形態に係る車両1の全体構成を概略的に示す図である。車両1は、エンジン100と、第1モータジェネレータ10(以下「第1MG10」ともいう)と、第2モータジェネレータ20(以下「第2MG20」ともいう)と、遊星歯車機構30と、駆動輪50と、駆動輪50に接続された出力軸60と、バッテリ150と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)160と、電力制御ユニット(PCU:Power Control Unit)200と、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)300とを備える。さらに、車両1は、衝突検出部90を備える。
車両1は、エンジン100と第2MG20との少なくとも一方の動力を駆動輪50に伝達することによって走行するハイブリッド車両である。
エンジン100は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン100は、ECU300からの制御信号に応じて車両1が走行するための動力を発生する。エンジン100により発生した動力は遊星歯車機構30に出力される。
第1MG10および第2MG20は、どちらも永久磁石式の三相交流同期モータである。以下では、第1MG10の回転速度を「第1MG回転速度Nm1」、第2MG20の回転速度を「第2MG回転速度Nm2」と記載する場合がある。
第1MG10は、ロータ11およびステータ13を含む。第1MG10のロータ11は、遊星歯車機構30を介してエンジン100に接続される。第1MG10は、エンジン100の動力を用いて発電可能である。また、第1MG10は、エンジン100の始動要求がある場合に、バッテリ150の電力を用いてエンジン100のクランキングを行なうためのトルクを発生可能である。
第2MG20は、ロータ21およびステータ23を含む。第2MG20のロータ21は、出力軸60に連結される。第2MG20は、バッテリ150および第1MG10の少なくとも一方から供給される電力を用いて出力軸60を回転させる。また、第2MG20は、回生制動によって発電することも可能である。
遊星歯車機構30は、エンジン100、第1MG10および出力軸60を機械的に連結する。遊星歯車機構30は、回転要素として、第1MG10のロータに連結されるサンギヤSと、出力軸60に連結されるリングギヤRと、エンジン100のクランクシャフト110に連結されるキャリアCAと、サンギヤSとリングギヤRとに噛合するピニオンギヤPとを含む。キャリアCAは、ピニオンギヤPが自転かつ公転できるようにピニオンギヤPを保持する。出力軸60は、デファレンシャルギヤを介して左右の駆動輪50に接続されるとともに、上述のように第2MG20に連結される。
なお、図1には、遊星歯車機構30をシングルピニオン型としているが、必ずしもシングルピニオン型であることに限定されず、たとえばダブルピニオン型としてもよい。
バッテリ150は、再充電可能な電池である。バッテリ150は、第1MG10および第2MG20を駆動するための電力を蓄える。バッテリ150の出力電圧は、比較的高い電圧(たとえば数百ボルト程度)である。
SMR160は、ECU300からの制御信号に応じて、バッテリ150とPCU200との導通状態および遮断状態を切り替える。
PCU200は、バッテリ150から入力された直流電圧を昇圧し、昇圧された電圧を交流電圧に変換して第1MG10および第2MG20に供給する。また、PCU200は、第1MG10および第2MG20により発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ150に供給する。PCU200の構成については図2にて詳細に説明する。
衝突検出部90は、たとえばGセンサ(加速度センサ)を含み、Gセンサの検出結果から車両1が衝突対象に衝突したか否かを検出し、その検出結果を示す信号をECU300に出力する。
ECU300は、いずれも図示しないが、CPU(Central Processing Unit)と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。ECU300は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、車両1が所望の走行状態となるようにエンジン100、第1MG10および第2MG20の出力を制御する。
<電気システムおよびECUの構成>
図2は、車両1の電気システムの構成を説明するための回路ブロック図である。車両1の電気システムは、バッテリ150と、SMR160と、PCU200と、第1MG10および第2MG20と、ECU300とを含む。PCU200は、コンバータ210と、電力線対PL1,NL1(正極線PL1、負極線NL1)と、電力線対PL2,NL2(正極線PL2、負極線NL2)と、コンデンサC1,C2と、第1インバータ221と、第2インバータ222と、電圧センサ231,232とを含む。
SMR160は、バッテリ150の正極と正極線PL1との間に接続されるリレーと、バッテリ150の負極と負極線NL1との間に接続されるリレーとを含む。コンデンサC1は、電力線対PL1,NL1間に接続され、電力線対PL1,NL1間の電圧VLを平滑化する。電圧センサ231は、コンデンサC1の両端の電圧、すなわち電力線対PL1,NL1間の電圧VLを検出する。
コンバータ210は、電力線対PL1,NL1と、電力線対PL2,NL2とに電気的に接続される。なお、負極線NL1と負極線NL2とは直結されているため同じ電位を有する。
コンバータ210は、リアクトルL1と、スイッチング素子Q1(上アーム)と、スイッチング素子Q2(下アーム)と、ダイオードD1,D2とを含む。スイッチング素子Q1,Q2および後述するスイッチング素子Q3〜Q14の各々は、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子Q1,Q2は、電力線対PL2,NL2間に直列に接続されている。コンバータ210は、ECU300からの制御信号に応じたスイッチング動作によって、電力線対PL2,NL2と電力線対PL1,NL1との間で電圧変換を行なう。
コンデンサC2は、電力線対PL2,NL2間に接続され、電力線対PL2,NL2間の電圧を平滑化する。電圧センサ232は、コンデンサC2の両端の電圧、すなわち電力線対PL2,NL2間の電圧(以下「システム電圧」ともいう)VHを検出し、検出結果をECU300に出力する。
第1インバータ221は、システム電圧VHが供給されると、直流電圧を交流電圧に変換して第1MG10を駆動する。第1インバータ221は、6つのスイッチング素子Q3〜Q8と、スイッチング素子Q3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ逆並列に接続されたダイオードD3〜D8とを含む。
6つのスイッチング素子Q3〜Q8は、各々が上側アームおよび下側アームを有する三相の駆動アームを構成する。具体的には、第1インバータ221は、U相アーム1U、V相アーム1V、W相アーム1Wを含む。U相アーム1Uは、直列に接続されたスイッチング素子Q3(上側アーム)およびスイッチング素子Q4(下側アーム)を有する。V相アーム1Vは、直列に接続されたスイッチング素子Q5(上側アーム)およびスイッチング素子Q6(下側アーム)を有する。W相アーム1Wは、直列に接続されたスイッチング素子Q7(上側アーム)およびスイッチング素子Q8(下側アーム)を有する。
第2インバータ222は、スイッチング素子Q9〜Q14と、ダイオードD9〜D14とを含む。なお、第2インバータ222の構成は、基本的には第1インバータ221の構成と同等であるため、説明は繰り返さない。
第1MG10のロータ11には、永久磁石12が装着される。第1MG10のステータ13には、U相コイル14、V相コイル15、W相コイル16(以下、これらのコイルを区別することなく「第1MGコイル」ともいう)が装着される。
第2MG20のロータ21には、永久磁石22が装着される。第2MG20のステータ23には、U相コイル24、V相コイル25、W相コイル26(以下、これらのコイルを区別することなく「第2MGコイル」ともいう)が装着される。
第1MG10および第2MG20には、レゾルバ421,422がそれぞれ設けられる。レゾルバ421は、MG1回転速度Nm1(より具体的には第1MG10のロータ回転角θ1)を検出する。レゾルバ422は、MG2回転速度Nm2(より具体的には第2MG20のロータ回転角θ2)を検出する。
第1MG10および第2MG20には、電流センサ241,242がそれぞれ設けられる。電流センサ241は、第1MG10のV相電流iv1、W相電流iw1を検出する。なお、第1MG10のU相電流iu1は、第1MG10の各相電流の合計(=iu1+iv1+iw1)が0であることを利用して、V相電流iv1およびW相電流iw1から算出される。電流センサ242は、第2MG20のV相電流iv2、W相電流iw2を検出する。なお、第2MG20のU相電流iu2は、第2MG20の各相電流の合計(=iu2+iv2+iw2)が0であることを利用して、V相電流iv2およびW相電流iw2から算出される。
バッテリ150には監視ユニット151が設けられている。監視ユニット151は、バッテリ150の電圧(バッテリ電圧)VB、バッテリ150を流れる電流(バッテリ電流)IB、バッテリ150の温度(バッテリ温度)TBをそれぞれ検出する。
ECU300は、各センサからの情報等に基づいて、第1MG10,20の出力が所望の出力となるようにPCU200(コンバータ210、第1インバータ221および第2インバータ222)を制御する。
<ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御>
ECU300は、ベクトル制御法を用いて第1MG10および第2MG20を流れる電流をフィードバック制御する。一般的に、モータのベクトル制御では、トルクを発生させるトルク電流(q軸電流)と、トルクに影響せず界磁の強さを制御する界磁電流(d軸電流)とを、d軸とq軸との直交ベクトル座標系で制御する手法が用いられる。なお、d軸はモータのロータ(永久磁石)が発生する磁束方向の軸であり、q軸はd軸と電気的に直交する軸である。
なお、第1MG10の電流フィードバック制御の内容は第2MG20の電流フィードバック制御の内容と基本的に同じであるため、以下では、代表的に第2MG20の電流フィードバック制御について説明する。
図3は、ベクトル制御法を用いた第2MG20の電流フィードバック制御の機能ブロック図である。第2MG20の電流フィードバック制御は、ECU300に含まれるMG制御部310によって行なわれる。MG制御部310は、座標変換部330と、電圧指令生成部(電流制御部)340と、座標変換部350とを含む。
座標変換部330は、レゾルバ422によって検出される第2MG20のロータ回転角θ2を用いて、電流センサ242によって検出された三相電流(iu2、iv2、iw2)をd軸電流Id2およびq軸電流Iq2に変換(U,V,W相の3相からd,q軸の2相に変換)する。
電圧指令生成部340には、第2MG20のd軸電流指令値Id2comとd軸電流Id2との偏差ΔId(ΔId=Id2com−Id2)と、q軸電流指令値Iqcom2とq軸電流Iq2との偏差ΔIq(ΔIq=Iqcom2−Iq2)とが入力される。なお、通常運転中においては、d軸電流指令値Id2comおよびq軸電流指令値Iqcom2は、たとえばユーザ要求パワーに基づいて決められる。
電圧指令生成部340は、偏差ΔIdを0に近づけるためのd軸電圧指令値Vd2と、偏差ΔIqを0に近づけるためのq軸電圧指令値Vq2とを、PI(比例積分)制御などを行なうことによって算出する。
座標変換部350には、d軸電圧指令値Vd2と、q軸電圧指令値Vq2とが入力される。座標変換部350は、レゾルバ422によって検出される第2MG20のロータ回転角θ2を用いて、d軸電圧指令値Vd2およびq軸電圧指令値Vq2を、U相電圧指令Vu2、V相電圧指令Vv2、W相電圧指令Vw2に変換(d,q軸の2相からU,V,W相の3相に変換)する。
座標変換部350は、各相電圧指令Vu2,Vv2,Vw2を第2インバータ222に出力する。これにより、第2MG20のd軸電流Id2およびq軸電流Iq2がそれぞれd軸電流指令値Id2comおよびq軸電流指令値Iqcom2となるように、第2インバータ222の各スイッチング素子Q9〜Q14が制御される。
<車両衝突時のコンデンサ放電制御>
上述のように、バッテリ150の出力電圧は比較的高い値(たとえば数百ボルト程度)である。SMR160を閉じてバッテリ150とPCU200とを接続した状態においては、バッテリ電圧VB以上の電圧がコンバータ210を介して電力線対PL2,NL2に印加されるため、コンデンサC2に多くの電荷が蓄えられてシステム電圧VHが高い値になる。そのため、車両1が衝突対象に衝突した場合には、SMR160を開いてバッテリ150をコンデンサC2から切り離した上で、コンデンサC2の残留電荷を速やかに放電することが望ましい。
コンデンサC2の残留電荷を放電する具体的な手法としては、各MG10,20にq軸電流(トルク電流)を流さずにd軸電流(界磁電流)を流すように各インバータ221,222をスイッチング動作させる制御を実行することが考えられる。この手法によると、各MG10,20にトルクを発生させることなく、コンデンサC2の残留電荷を各MGコイル(第1MGコイル、第2MGコイル)および各インバータ221,222のスイッチング素子Q3〜Q14で発生する熱として消費することができる。以下、各MG10,20にq軸電流を流さずにd軸電流を流すように各インバータ221,222をスイッチング動作させることによってコンデンサC2の残留電荷を放電する制御を「コンデンサ放電制御」ともいう。
そして、コンデンサ放電制御によってコンデンサC2の放電が完了した場合には、各インバータ221,222を不要に作動させることを防止するために、各インバータ221,222をシャットダウンする(全スイッチング素子をゲート遮断状態にする)ことが望ましい。
しかしながら、仮にシャットダウン時に各MG10,20に電流が流れている状態であると、シャットダウン直後に電荷がコンデンサC2に還流し、システム電圧VHが想定以上に上昇してしまう可能性がある。具体的には、各MG10,20に電流が流れている状態(すなわち各MGコイルにエネルギが蓄えられている状態)で各インバータ221,222をシャットダウンすると、シャットダウンした瞬間に各MGコイルに蓄えられているエネルギによって各MG10,20から各インバータ221,222の上側のダイオードを介してコンデンサC2に多量の電荷が瞬間的に還流し、システム電圧VHが想定以上に上昇してしまう可能性がある。
なお、シャットダウン時に各MG10,20に電流が流れている状況としては、たとえば、各MG10,20の回転中にシャットダウンする場合、コンデンサ放電制御によるd軸電流が未だ各MG10,20に流れている状態で誤って早めにシャットダウンしてしまった場合などが想定される。
上記の問題に鑑み、本実施の形態によるECU300は、コンデンサ放電制御が終了した後に、各インバータ221,222をシャットダウンする前に、各MG10,20に流れる電流がコンデンサ放電制御中よりも小さい値(好ましくはゼロ)になるように各インバータ221,222をスイッチング動作させることによってシャットダウン時にコンデンサC2へ還流される電荷量を低減する制御(以下「還流低減制御」という)を実行する。そして、ECU300は、還流低減制御を実行した後に各インバータ221,222をシャットダウンする。これにより、シャットダウン時のコンデンサC2への電荷還流量が低減されるので、シャットダウン後にシステム電圧VHが想定以上に上昇することを抑制することができる。
なお、以下では、還流低減制御によって各MG10,20に流れる電流をゼロにする例を説明する。
図4は、ECU300が車両衝突発生時に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10にて、ECU300は、車両1の衝突が発生したことが衝突検出部90によって検出されたか否かを判定する。車両1の衝突が発生したことが検出されない場合(S10にてNO)、ECU300は、処理を終了する。
車両1の衝突が発生したことが検出された場合(S10にてYES)、ECU300は、S11にてSMR160を開く。これにより、バッテリ150からコンデンサC2への電荷の流れが遮断される。
S12にて、ECU300は、上述の「コンデンサ放電制御」を実行する。具体的には、ECU300は、第1MG10のd軸電流指令値Id1comを所定値α(たとえばマイナス50アンペア)に設定し、q軸電流指令値Iq1comをゼロに設定する。さらに、ECU300は、第2MG20のd軸電流指令値Id2comを所定値β(たとえば所定値α以下の値)に設定し、q軸電流指令値Iq2comをゼロに設定する。これにより、各MG10,20にトルクを発生させることなく、コンデンサC2の残留電荷を各MGコイルおよび各インバータ221,222で発生する熱として消費することができる。
S13にて、ECU300は、コンデンサ放電制御による放電時間が所定時間T1(たとえば1000msec)を超えたか否かを判定する。この処理は、コンデンサ放電制御によってシステム電圧VHが所定値未満に低下したこと(コンデンサC2の残留電荷が所定量未満に低下したこと)を保証するために行なわれる。放電時間が所定時間T1を超えていない場合(S13にてNO)、ECU300は、処理をS12に戻してコンデンサ放電制御を継続する。
放電時間が所定時間T1を超えた場合(S13にてYES)、ECU300は、S14にて、上述の「還流低減制御」を実行する。具体的には、ECU300は、第1MG10のd軸電流指令値Id1comを所定値αからゼロに所定レートで低下させるとともに、q軸電流指令値Iq1comをゼロに維持する。さらに、ECU300は、第2MG20のd軸電流指令値Id2comを所定値βからゼロに所定レートで低下させるとともに、q軸電流指令値Iq1comをゼロに維持する。これにより、各MG10,20に電流が流れないように(すなわち各MG10,20に流れる電流がコンデンサ放電制御中よりも低下するように)各インバータ221,222がスイッチング動作される。
還流低減制御を実行した後、ECU300は、S15にて、各インバータ221,222をシャットダウンする。すなわち、ECU300は、各インバータ221,222のスイッチング素子Q3〜Q14をすべてゲート遮断状態にする。
図5は、車両衝突が発生した場合のシステム電圧VHおよび各MG10,20のd軸電流の変化の一例を示す図である。なお、図5においては、各MG10,20が回転中であり、各MG10,20において逆起電圧が発生している場合が示されている。
時刻t1にて車両1の衝突が発生すると、コンデンサ放電制御が開始され、各MG10,20のd軸電流Id1,Id2がそれぞれ所定値α,βに制御される。これにより、コンデンサC2の残留電荷が各MG10,20および各インバータ221,222を流れて熱として消費されるため、システム電圧VHは低下する。なお、図示していないが、時刻t1以降においてq軸電流Iq1,Iq2はゼロである。
コンデンサ放電制御を開始した時刻t1から所定時間T1が経過した時刻t2にて、コンデンサ放電制御が停止され、還流低減制御が開始される。還流低減制御では、各MG10,20のd軸電流Id1,Id2が0に所定レートで低下される。その結果、各MG10,20に電流が流れない状態となる。
そして、d軸電流Id1,Id2が0となる時刻t3にて各インバータ221,222がシャットダウンされるが、この時点では各MG10,20に電流が流れていない状態(すなわち各MGコイルにエネルギが蓄えられていない状態)であるため、各MGコイルのエネルギによるシステム電圧VHの上昇は生じない。
なお、図5においては、各MG10,20が回転中であり各MG10,20において逆起電圧が発生しているため、時刻t3においてシステム電圧VHが0にはならず逆起電圧に対応する値となる。しかしながら、還流低減制御によって各MG10,20には電流が流れていないため、システム電圧VHが逆起電圧よりも高い値に上昇することが抑制されている。すなわち、仮に各MG10,20に電流が流れている状態で各インバータ221,222をシャットダウンすると、各MGコイルと各インバータ221,222の上側のダイオードとによって昇圧回路が形成されるため、システム電圧VHは、逆起電圧に各MGコイルのエネルギによる昇圧分ΔVを加えた値にまで跳ね上がってしまうことが想定される(一点鎖線参照)。しかしながら、本実施の形態においては、各MGコイルの還流エネルギによる昇圧分ΔVを抑制することができる。その結果、シャットダウン後のシステム電圧VHの上昇量を低減することができる。
以上のように、本実施の形態によるECU300は、車両1の衝突が発生した場合に、各MG10,20にq軸電流を流さずにd軸電流を流すように各インバータ221,222をスイッチング動作させることによってコンデンサC2の残留電荷を放電するコンデンサ放電制御を実行する。そして、ECU300は、コンデンサ放電制御が終了した後に、各インバータ221,222を直ぐにシャットダウンするのではなく、各MG10,20に流れる電流がゼロ(コンデンサ放電制御中よりも低い値)になるように各インバータ221,222をスイッチング動作させることによってシャットダウン時のコンデンサC2への電荷還流量を低減する還流低減制御を実行する。そして、ECU300は、還流低減制御を実行した後に各インバータ221,222をシャットダウンする。これにより、シャットダウン時のコンデンサC2への電荷還流量が低減されるので、シャットダウン後にシステム電圧VHが想定以上に上昇することを抑制することができる。
さらに、本実施の形態によるECU300は、既存のインバータ221,222を用いて還流低減制御を行なうため、還流低減制御を行なうための専用の部品を追加する場合に比べてコスト増加を抑制できる。
さらに、本実施の形態によるECU300は、還流低減制御を行なう際、各インバータ221,222のスイッチング素子Q3〜Q14を全て動作させるため、電流がスイッチング素子Q3〜Q14に分散される。そのため、後述する変形例2のように各インバータ221,222を三相オン状態にする場合に比べて、一部のスイッチング素子に電流が集中して流れることを抑制することができ、スイッチング素子温度の上昇を抑制できる。
[変形例1]
上述の実施の形態では、還流低減制御の一例として、各MG10,20に流れる電流をゼロにするように各インバータ221,222をスイッチング動作させる場合について説明した。
これに対し、本変形例1では、還流低減制御の他の例として、第1インバータ221をシャットダウンするタイミングと第2インバータ222をシャットダウンするタイミングとをずらずことによって第1MG10および第2MG10を流れる電流の合計を低減する場合について説明する。なお、以下では、第1インバータ221、第2インバータ222の順にシャットダウンする例について説明するが、シャットダウンする順番は逆でもよい。
図6は、本変形例1によるECU300が車両衝突発生時に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図6に示すフローチャートは、図4に示すフローチャートのS14、S15の処理を、S20〜S22に変更したものである。その他のステップについては、前述の図3に示したステップと同じであり既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
コンデンサ放電制御による放電時間が所定時間T1を超えた場合(S13にてYES)、ECU300は、S20にて、第2インバータ222についてはコンデンサ放電制御によるスイッチング動作を継続しつつ、第1インバータ221を先にシャットダウンする。すなわち、ECU300は、第2MG20のd軸電流指令値Id2com、q軸電流指令値Iq2comをそれぞれ所定値β、ゼロに維持しつつ、第1インバータ221のスイッチング素子Q3〜Q8をすべてゲート遮断状態にする。これにより、第1インバータ221および第2インバータ222の双方をコンデンサ放電制御によるスイッチング動作状態に維持する場合に比べて、第1MG10および第2MG10を流れる電流の合計を低減することができる。なお、S20にて設定される第2MG20のd軸電流指令値Id2comは、所定値βよりも小さい値であってもよい。
S21にて、ECU300は、S20の処理による放電時間が所定時間T2を超えたか否かを判定する。所定時間T2を超えていない場合(S21にてNO)、ECU300は、処理をS20に戻し、S20の処理を継続する。
所定時間T2を超えている場合(S21にてYES)、ECU300は、S22にて、第2インバータ222をシャットダウンする。すなわち、ECU300は、第2インバータ222のスイッチング素子Q9〜Q14をすべてゲート遮断状態にする。
図7は、本変形例において車両衝突が発生した場合のシステム電圧VHおよび各MG10,20のd軸電流の変化の一例を示す図である。なお、図7においては、各MG10,20が回転中である場合が示されている。
時刻t11にて車両1の衝突が発生すると、コンデンサ放電制御が開始され、各MG10,20のd軸電流Id1,Id2がそれぞれ所定値α,βに制御される。これにより、コンデンサC2の残留電荷が各MG10,20および各インバータ221,222を流れて熱として消費されるため、システム電圧VHは低下する。なお、図示しないが、時刻t11以降においてq軸電流Iq1,Iq2はゼロである。
コンデンサ放電制御を開始した時刻t11から所定時間T1が経過した時刻t12にて、まず第1インバータ221が第2インバータ222よりも先にシャットダウンされる。第1インバータ221がシャットダウンされると、第1MGコイルに蓄えられているエネルギによって第1MG10からコンデンサC2へ電荷が還流される。この影響により、時刻t12にてシステム電圧VHは所定値ΔV1だけ瞬間的に跳ね上がる。ところが、第2MG20のd軸電流Id2は所定値βに維持されるため、コンデンサC2の電荷は第2MGコイルおよび第2インバータ222のスイッチング素子Q9〜Q14によって熱として消費されるので、システム電圧VHは直ぐに低下する。
第1インバータ221をシャットダウンしてから所定時間T2が経過した時刻t13にて、第2インバータ222もシャットダウンされる。第2インバータ222がシャットダウンされると、第2MGコイルに蓄えられているエネルギによって第2MG20からコンデンサC2へ電荷が還流される。この影響により、時刻t13にてシステム電圧VHは所定値ΔV2だけ上昇する。
ところが、時刻t13においては、既に第1インバータ221はシャットダウンされているため、時刻t13に第1インバータ221および第2インバータ222を同時にシャットダウンする場合に比べて、システム電圧VHの上昇量は抑制される。具体的には、仮に時刻t13にて第1インバータ221および第2インバータ222を同時にシャットダウンすると、シャットダウン後のシステム電圧VHは、所定値ΔV2(第2MGコイルに蓄えられているエネルギによる上昇分)に加えて、さらに所定値ΔV1(第1MGコイルに蓄えられているエネルギによる上昇分)だけ上昇することになる(一点鎖線参照)。しかしながら、本変形例1では、第1インバータ221を時刻t12にて先にシャットダウンしているため、時刻t13においては所定値ΔV1の上昇は抑制される。その結果、第1インバータ221および第2インバータ222を同時にシャットダウンする場合に比べて、複雑な制御を行なうことなく、シャットダウン後のシステム電圧VHの上昇量を低減することができる。
[変形例2]
上述の実施の形態では、還流低減制御の一例として、各MG10,20に流れる電流をゼロにするように各インバータ221,222をスイッチング動作させる場合について説明した。
これに対し、本変形例2では、還流低減制御の他の例として、各インバータ221,222を三相オン状態にする場合について説明する。
図8は、本変形例2によるECU300が車両衝突発生時に行なう処理手順の一例を示すフローチャートである。なお、図8に示すフローチャートは、図4に示すフローチャートのS14の処理を、S30に変更したものである。その他のステップについては、前述の図3に示したステップと同じであり既に説明したため詳細な説明はここでは繰り返さない。
コンデンサ放電制御による放電時間が所定時間T1を超えた場合(S13にてYES)、ECU300は、S30にて、第1インバータ221および第2インバータ222を三相オン状態にする。第1インバータ221の三相オン状態とは、第1インバータ221の三相すべての上側アームQ3,Q5,Q7がオン状態(導通状態)に維持されるとともに三相すべての下側アームQ4,Q6,Q8がオフ状態(非導通状態)に維持される状態、または三相すべての下側アームQ4,Q6,Q8がオン状態に維持されるとともに三相すべての上側アームQ3,Q5,Q7がオフ状態に維持される状態である。同様に、第2インバータ222の三相オン状態とは、第2インバータ222の三相すべての上側アームQ9,Q11,Q13がオン状態に維持されるとともに三相すべての下側アームQ10,Q12,Q14がオフ状態に維持される状態、または三相すべての下側アームQ10,Q12,Q14がオン状態に維持されるとともに三相すべての上側アームQ9,Q11,Q13がオフ状態に維持される状態である。
このようにすると、第1MG10と第1インバータ221との間で電流の循環経路が形成されるとともに、第2MG20と第2インバータ222との間で電流の循環経路が形成される。そのため、電流は各MG10,20と各インバータ221,222との間を循環するため、コンデンサC2に電荷が還流することが抑制される。その結果、システム電圧VHの上昇量を抑制することができる。
[その他の変形例]
(1) 上述の実施の形態においては、2つのモータジェネレータ(第1MG10、第2MG20)を備える車両を示したが、本発明は1つのモータジェネレータを備える車両にも適用可能である。
また、上述の実施の形態においては、モータジェネレータとエンジンとを備えるハイブリッド車両を示したが、本発明はエンジンを備えない電気自動車にも適用可能である。
(2) 上述の実施の形態においては、還流低減制御(図4のS14の処理)において各MG10,20に流れるd軸電流をそれぞれゼロに低下させたが、還流低減制御による低下後のd軸電流の大きさは、少なくともコンデンサ放電制御中の大きさ(絶対値)よりも低い値であればよく、必ずしもゼロであることに限定されない。
たとえば、コンデンサ放電制御中の第1MG10のd軸電流Id1の値(所定値α)をマイナス50アンペアとした場合、還流低減制御による低下後のd軸電流の大きさは、マイナス50アンペアの大きさ(絶対値)よりも低い値、たとえばマイナス40アンペアであっても、プラス40アンペアであってもよい。このようにしても、第1MG10および第2MG10を流れる電流の合計がコンデンサ放電制御中よりも低減されるので、シャットダウン時のコンデンサC2への電荷還流量を低減することができる。
また、各MG10,20に流れるd軸電流をそれぞれ低下させるのではなく、いずれか一方を低下させるようにしてもよい。このようにしても、第1MG10および第2MG10を流れる電流の合計がコンデンサ放電制御中よりも低減されるので、シャットダウン時のコンデンサC2への電荷還流量を低減することができる。
(3) 上述の実施の形態においては、図4のS13の処理において、コンデンサ放電制御による放電時間が所定時間T1を超えた場合に、システム電圧VHが所定値未満に低下したと判定した。
しかしながら、車両衝突後もシステム電圧VHを検出する電圧センサ232が正常である場合には、図4のS13の処理において、電圧センサ232が検出したシステム電圧VHが所定値未満に低下したか否かを直接的に判定するようにしてもよい。
また、上述した実施の形態およびその変形例については、技術的に矛盾が生じない範囲で適宜組合せることも可能である。
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。
1 車両、10 第1MG、11,21 ロータ、12,22 永久磁石、13,23 ステータ、20 第2MG、30 遊星歯車機構、50 駆動輪、60 出力軸、90 衝突検出部、100 エンジン、110 クランクシャフト、150 バッテリ、151 監視ユニット、160 SMR、210 コンバータ、221 第1インバータ、222 第2インバータ、231,232 電圧センサ、241,242 電流センサ、300 ECU、310 制御部、330,350 座標変換部、340 電圧指令生成部、410 エンジン回転速度センサ、421,422 レゾルバ。

Claims (3)

  1. 少なくとも1つの永久磁石式の回転電機と、
    前記回転電機を駆動するためのインバータと、
    前記インバータに接続される直流の電力線対と、
    前記電力線対の間に接続されるコンデンサと、
    前記インバータを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、車両の衝突が検出された場合、
    前記回転電機にq軸電流を流さずにd軸電流を流すように前記インバータをスイッチング動作させることによって前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる第1制御を実行し、
    前記第1制御を開始してから所定時間が経過した場合および前記コンデンサの電圧がしきい値未満である場合の少なくとも一方の場合に、前記第1制御を停止し、かつ前記回転電機を流れる電流が前記第1制御の実行中よりも低下するように前記インバータをスイッチング動作させる第2制御を実行し、
    前記第2制御を実行した後に前記インバータをゲート遮断状態に切り替える第3制御を実行する、車両。
  2. 永久磁石式の第1回転電機と、
    前記第1回転電機を駆動するための第1インバータと、
    永久磁石式の第2回転電機と、
    前記第2回転電機を駆動するための第2インバータと、
    前記第1インバータおよび前記第2インバータに接続される直流の電力線対と、
    前記電力線対の間に接続されるコンデンサと、
    前記第1インバータおよび前記第2インバータを制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、車両の衝突が検出された場合、
    前記第1回転電機および前記第2回転電機にq軸電流を流さずにd軸電流を流すように前記第1インバータおよび前記第2インバータをスイッチング動作させることによって前記コンデンサに蓄えられた電荷を放電させる第1制御を実行し、
    前記第1制御を開始してから所定時間が経過した場合および前記コンデンサの電圧がしきい値未満である場合の少なくとも一方の場合に、前記第1制御を停止し、かつ前記第1回転電機および前記第2回転電機を流れる電流の合計が前記第1制御の実行中よりも低下するように前記第1インバータおよび前記第2インバータを制御する第2制御を実行し、
    前記第2制御を実行した後に前記第1インバータおよび前記第2インバータをゲート遮断状態に制御する第3制御を実行する、車両。
  3. 前記第1制御は、前記第1回転電機および前記第2回転電機のq軸電流の大きさがゼロとなり、かつ前記第1回転電機のd軸電流の大きさがゼロよりも大きい第1所定値となり、かつ前記第2回転電機のd軸電流の大きさがゼロよりも大きい第2所定値となるように、前記第1インバータおよび前記第2インバータをスイッチング動作させる制御であり、
    前記第2制御は、前記第1インバータをゲート遮断状態にし、かつ前記第2回転電機のq軸電流の大きさがゼロとなりかつ前記第2回転電機のd軸電流の大きさが前記第2所定値以下となるように前記第1インバータをスイッチング動作させる制御であり、
    前記第3制御は、前記第2制御を実行した後に前記第1インバータをゲート遮断状態に維持しつつ前記第2インバータをゲート遮断状態に切り替える制御である、請求項2に記載の車両。
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