JP2021090290A

JP2021090290A - インバータの制御装置

Info

Publication number: JP2021090290A
Application number: JP2019219925A
Authority: JP
Inventors: 繁幸浦野; Shigeyuki Urano
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP7156260B2

Abstract

【課題】早期に車両の安定化を図ることができるインバータの制御装置を提供すること。【解決手段】インバータの制御装置は、インバータと、電動機と、電動機と駆動輪との間に設けられた駆動力伝達手段と、制御部と、を備え、制御部が、インバータの異常を検出した場合、インバータを三相短絡させ、電動機の回転数が所定回転数以下になった後に、駆動力伝達手段による駆動力伝達を遮断する。【選択図】図４

Description

本発明は、インバータの制御装置に関する。

特許文献１には、インバータの一相が短絡した場合のフェールセーフ制御として、モータと駆動輪間のクラッチを解放する方法が開示されている。

特開２００６−１１１２６０号公報

特許文献１に開示された方法は、インバータの異常（一相短絡）が生じてからクラッチを解放するまでに時間が掛かるため、より早期に車両の安定化を図る上で改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、早期に車両の安定化を図ることができるインバータの制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るインバータの制御装置は、インバータと、電動機と、電動機と駆動輪との間に設けられた駆動力伝達手段と、制御部と、を備え、制御部が、インバータの異常を検出した場合、インバータを三相短絡させ、電動機の回転数が所定回転数以下になった後に、駆動力伝達手段による駆動力伝達を遮断する。

これにより、本発明に係るインバータの制御装置は、インバータの異常を検出した場合、先にインバータの三相短絡を実施し、電動機の回転数が所定回転数以下になった後に、駆動力伝達を遮断する。

本発明に係るインバータの制御装置によれば、インバータの異常を検出した場合に、駆動力伝達を遮断することにより、駆動輪が連れ回される状態を回避することができるため、逆起電力による過充電や急制動を抑制することができる。また、駆動力伝達を遮断するよりも早期に実行可能な三相短絡を実施し、その後に駆動力伝達を遮断することにより、早期に車両の安定化を図ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るインバータの制御装置が適用される車両の構成を概略的に示す図である。図２は、本発明の実施形態に係るインバータの制御装置による第一の制御方法を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施形態に係るインバータの制御装置による第二の制御方法を示すフローチャートである。図４は、本発明の実施形態に係るインバータの制御装置による第三の制御方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係るインバータの制御装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明の実施形態に係るインバータの制御装置の構成について、図１を参照しながら説明する。本実施形態に係るインバータの制御装置が適用される車両１は、エンジン１０と、発電機２０と、サイレントチェーン３０と、整流器４０と、インバータ５０と、電動機６０と、駆動力伝達手段７０と、車軸８０と、駆動輪８１と、蓄電装置９０と、ＥＣＵ（電子制御装置：Electronic Control Unit）１００と、を備えている。

車両１は、エンジン１０を走行の駆動力源とせず、発電機２０の動力源としている。そして、車両１は、例えばシリーズハイブリッドの構成を有しており、主に発電機２０からの電力によって電動機６０を駆動させて、電動機６０を走行の駆動力源としたＥＶ（Electric Vehicle）走行を行う。

エンジン１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である。発電機２０は、発電用のモータとして用いる回転電機である。サイレントチェーン３０は、無端状の動力伝達要素である金属チェーンであり、エンジン１０の出力軸１１と発電機２０の入力軸２１とにそれぞれ設けられた図示しない一対のプーリに巻き掛けられている。なお、無端状の動力伝達要素としては、サイレントチェーン３０に限定されるものではなく、例えば他の金属チェーン（ブッシュチェーン、ローラーチェーン等）、ゴムベルト（平ベルト、Ｖベルト、歯付きベルト等）、金属ベルト等を用いてもよい。

エンジン１０の出力軸１１から出力された動力は、サイレントチェーン３０を介して発電機２０の入力軸２１に伝達され、発電機２０が駆動し発電がなされる。電動機６０は、主に車両走行用のモータとして用いる回転電機であって、三相交流モータを使用している。電動機６０の電力源は、バッテリやキャパシタ等からなる蓄電装置９０および発電機２０である。蓄電装置９０からの電力は、インバータ５０により三相交流に変換されて電動機６０に供給される。発電機２０からの電力は、整流器４０によって整流された後、インバータ５０によって三相交流に変換されて電動機６０に供給される。

そして、車両１では、蓄電装置９０と発電機２０との少なくとも一方からの電力を利用して電動機６０を駆動させる。電動機６０からの駆動力は、駆動力伝達手段７０や車軸８０等を介して駆動輪８１に伝達されて駆動輪８１が回転駆動し、車両１が走行する。また、蓄電装置９０は、電動機６０からの回生電力によって充電することが可能となっている。

駆動力伝達手段７０は、電動機６０の駆動力を駆動輪８１へと伝達するための手段であり、電動機６０と駆動輪８１との間に設けられている。駆動力伝達手段７０は、少なくとも変速機およびデファレンシャルギアを備えている。また、駆動力伝達手段７０は、必要に応じて、変速機内、あるいは変速機とは別にクラッチを備えていてもよい。駆動力伝達手段７０は、クラッチを備えていない場合は変速機によって駆動輪８１に対する駆動力の伝達を遮断することができ、クラッチを備えている場合は当該クラッチによって駆動輪８１に対する駆動力の伝達を遮断することができる。

ＥＣＵ１００は、物理的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）および入出力等のインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路により構成されている。これらのＥＣＵ１００の機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することにより実現される。

また、ＥＣＵ１００には、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ１１０、エンジン１０の回転角を検出する回転角センサ１１１、発電機２０のレゾルバ角を検出するレゾルバ角センサ１２０、電動機６０の回転数を検出する回転数センサ１６０、蓄電装置９０のＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）を検出するＳＯＣ検出センサ１９０、などから、種々の検出値が入力される。

ここで、車両１のように、昇圧コンバータがなく、かつ電動機６０の後段に変速機またはクラッチが設けられている構成では、一相短絡や一相解放等のインバータ５０の異常時に、従来から行われているインバータ５０によるフェールセーフ制御を実施したとしても、逆起電力による過充電や急制動のリスクに対応できない場合がある。そこで、本実施形態に係るインバータの制御装置では、ギア段をニュートラルに設定、クラッチの解放等の、駆動系によるフェールセーフ制御を実施する。

ＥＣＵ１００は、インバータ５０の異常が検出された場合、フェールセーフ制御として以下のいずれかを実施する。
（１）ギア段をニュートラルに設定した後に、インバータ５０をシャットダウンする。
（２）蓄電装置９０の通電カット等を実施する。
（３）インバータ５０を三相短絡させ、電動機６０の回転数が所定回転数以下になった後に、駆動力伝達手段７０による駆動力伝達を遮断する。

（第一の制御方法）
以下、本実施形態に係るインバータの制御装置が行う第一の制御方法について、図２を参照しながら説明する。まず、ＥＣＵ１００は、インバータ５０で異常が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１）。インバータ５０の異常の検出方法は特に限定されないが、例えばインバータ５０に設けられた図示しない電流センサ等を用いて検出することができる。また、インバータ５０の異常としては、一相短絡や一相解放等が挙げられる。

ＥＣＵ１００は、インバータ５０で異常が発生していると判定した場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、ギア段をニュートラルに設定する（ステップＳ２）。ここで、「ギア段をニュートラルに設定する」とは、駆動力伝達手段７０の変速機の入力と出力とが切り離された状態にすることを意味している。ギア段をニュートラルに設定する方法は複数あり、例えば変速機のギア段をニュートラルに設定する方法、変速機による変速時に回転数を合わせる方法、駆動力伝達手段７０の変速機内に設けられたクラッチを解放する方法、駆動力伝達手段７０に変速機とは別に設けられたクラッチを解放する方法、等が挙げられる。

続いて、ＥＣＵ１００は、インバータ５０をシャットダウンし（ステップＳ３）、本フローを終了する。ここで、「シャットダウン」とは、インバータ５０を全相遮断することを意味している。なお、ステップＳ１において、インバータ５０の異常が発生していないと判定した場合（ステップＳ１でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、車両１を通常走行させる（ステップＳ４）。

（第二の制御方法）
以下、本実施形態に係るインバータの制御装置が行う第二の制御方法について、図３を参照しながら説明する。まず、ＥＣＵ１００は、インバータ５０で短絡故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。インバータ５０の短絡故障の検出方法は特に限定されないが、例えばインバータ５０に設けられた図示しない電流センサ等を用いて検出することができる。

ＥＣＵ１００は、インバータ５０で短絡故障が発生していると判定した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、弱め界磁制御が不可能であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。ここで、「弱め界磁制御」とは、界磁電流を弱めて電動機６０の回転数を上げる制御のことを意味している。

ＥＣＵ１００は、弱め界磁制御が不可能であると判定した場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、メカニュートラル制御が不可能であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、「メカニュートラル制御」とは、ニュートラル状態をメカ的に作り出すことを意味しており、具体的には前記したように、変速機のギア段をニュートラルに設定することを意味している。

ＥＣＵ１００は、メカニュートラル制御が不可能であると判定した場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、インバータ５０の三相短絡が不可能であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＥＣＵ１００は、インバータ５０の三相短絡が不可能であると判定した場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、電動機６０の停止処置を行い（ステップＳ１５）、本処理を終了する。なお、「停止処置」とは、蓄電装置９０の通電をカットすることを意味している。

ここで、ステップＳ１１において、インバータ５０で短絡故障が発生していないと判定した場合（ステップＳ１１でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、車両１を通常走行させる（ステップＳ１６）。また、ステップＳ１２において、弱め界磁制御が不可能ではないと判定した場合（ステップＳ１２でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、弱め界磁制御を行う（ステップＳ１７）。また、ステップＳ１３において、メカニュートラル制御が不可能ではないと判定した場合（ステップＳ１３でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、メカニュートラル制御を行う（ステップＳ１８）。また、ステップＳ１４において、インバータ５０の三相短絡が不可能ではないと判定した場合（ステップＳ１４でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、インバータ５０の三相短絡を行う（ステップＳ１９）。

（第三の制御方法）
以下、本実施形態に係るインバータの制御装置が行う第三の制御方法について、図４を参照しながら説明する。まず、ＥＣＵ１００は、インバータ５０で短絡故障が発生しているか否かを判定する（ステップＳ２１）。インバータ５０の短絡故障の検出方法は特に限定されないが、例えばインバータ５０に設けられた図示しない電流センサ等を用いて検出することができる。

ＥＣＵ１００は、インバータ５０で短絡故障が発生していると判定した場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、インバータ５０の三相短絡させる（ステップＳ２２）。続いて、ＥＣＵ１００は、電動機６０の回転数が所定回転数以下であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ＥＣＵ１００は、電動機６０の回転数が所定回転数以下であると判定した場合（ステップＳ２３でＹｅｓ）、ギア段をニュートラルに設定し（ステップＳ２４）、本処理を終了する。

ここで、ステップＳ２１において、インバータ５０で短絡故障が発生していないと判定した場合（ステップＳ２１でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、本処理を終了する。また、ステップＳ２３において、電動機６０の回転数が所定回転数以下ではないと判定した場合（ステップＳ２３でＮｏ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２３に戻る。

ニュートラル状態をメカ的に作り出すことに時間が掛かるため、第三の制御では、先にインバータ５０を三相短絡させる。そして、三相短絡の状態では、電動機６０の回転数が低い側でトルクショックが発生するため、電動機６０の回転数が所定回転数以下となった後に、メカニュートラル制御、すなわち変速機のギア段をニュートラルに設定する。

以上説明したようなインバータの制御装置によれば、インバータ５０の異常を検出した場合に、駆動力伝達を遮断することにより、駆動輪８１が連れ回される状態を回避することができるため、逆起電力による過充電や急制動を抑制することができる。また、前記した第三の制御のように、インバータ５０の異常を検出した場合に、駆動力伝達を遮断するよりも早期に実行可能な三相短絡を実施し、その後に駆動力伝達を遮断することにより、早期に車両１の安定化を図ることができる。

以上、本発明に係るインバータの制御装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。

例えば、前記した実施形態では、車両１がハイブリッド車（ＨＶ：Hybrid Vehicle）であることを前提に説明を行ったが、車両１は電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）であってもよい。

１車両
１０エンジン
２０発電機
３０サイレントチェーン
４０整流器
５０インバータ
６０電動機
７０駆動力伝達手段
８０車軸
８１駆動輪
９０蓄電装置
１００ＥＣＵ
１１０回転数センサ
１１１回転角センサ
１２０レゾルバ角センサ
１６０回転数センサ
１９０ＳＯＣ検出センサ

Claims

インバータと、
電動機と、
前記電動機と駆動輪との間に設けられた駆動力伝達手段と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記インバータの異常を検出した場合、前記インバータを三相短絡させ、前記電動機の回転数が所定回転数以下になった後に、前記駆動力伝達手段による駆動力伝達を遮断する、
インバータの制御装置。