JP2023105502A - 車両制御装置 - Google Patents

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哲男 浅田
Tetsuo Asada
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Abstract

Figure 2023105502000001
【課題】蓄電装置の電荷を適切に放電可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置40は、リレー制御部411と、インバータ制御部42と、放電制御部412と、を備える。リレー制御部411は、高圧リレー部11の断接を制御する。インバータ制御部42は、インバータ20を制御する。放電制御部412は、コンデンサ18の放電を制御する。放電制御部412は、シフトポジションがパーキングであるとき、または、パーキングブレーキが作動しているとき。高圧リレー部11が遮断された状態にて主機モータ85への通電によりコンデンサ18の電荷を放電させる強制放電を許可する。これにより、コンデンサ18の電荷を適切に放電させることができる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両制御装置に関する。
従来、モータ巻線を利用して蓄電手段から放電させる放電装置が知られている。例えば特許文献1では、モータ巻線に電流を流すべく励磁電流指令Id*を非ゼロ、モータのトルクをゼロにすべくトルク電流指令Iq*を実質的にゼロにする。
特許第3289567号公報
しかしながら、特許文献1の技術では、例えばセンサ故障等によりモータの回転位置が分からない場合には実施することができない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄電装置の電荷を適切に放電可能な車両制御装置を提供することにある。
本発明の車両制御装置は、車両の駆動源である主機モータ(85)と、主機モータに供給される電力を変換するインバータ(20)と、インバータを経由して主機モータに電力を供給可能なバッテリ(10)と、蓄えた電力をインバータに供給可能な蓄電部(18)と、バッテリと蓄電部およびインバータとの間の断接を切替可能なリレー部(11)と、を備える車両駆動システム(1)を制御する。
車両制御装置は、リレー部の断接を制御するリレー制御部(411)と、インバータを制御するインバータ制御部(42)と、蓄電部の電荷の放電を制御する放電制御部(412)と、を備える。放電制御部は、シフトポジションがパーキングであるとき、または、パーキングブレーキが作動しているとき、リレー部が遮断された状態にて主機モータへの通電により蓄電部の電荷を放電させる強制放電を許可する。これにより、蓄電部の電荷を適切に放電させることができる。
第1実施形態による車両制御装置の構成を示すブロック図である。 第1実施形態による放電制御処理を説明するフローチャートである。 第2実施形態による車両制御装置の構成を示すブロック図である。 第2実施形態による放電制御処理を説明するフローチャートである。 第3実施形態による車両制御装置の構成を示すブロック図である。 第3実施形態による放電制御処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明による車両制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
第1実施形態を図1および図2に示す。図1に示すように、車両駆動システム1は、エンジン81および主機モータ85の駆動力にて走行するハイブリッド車両に搭載される。エンジン81の駆動力は、トランスミッション83を経由して車軸92に伝達され、前輪91を回転させる。主機モータ85の駆動力は、車軸96に伝達され、後輪95を回転させる。前輪91および後輪95には、ブレーキ97が設けられる。ブレーキ97は、例えばディスクブレーキ等の摩擦式の油圧ブレーキである。
主機モータ85は、永久磁石式同期型の3相交流の回転電機であって、電動機としての機能と発電機としての機能を併せ持つ、所謂モータジェネレータである。主機モータ85の回転角は、回転位置センサ87により検出される。
車両駆動システム1は、高圧バッテリ10、高圧リレー部11、コンデンサ18、インバータ20、および、車両制御装置40等を備える。高圧バッテリ10は、例えばニッケル水素またはリチウムイオン等の充放電可能な二次電池により構成される直流電源である。高圧バッテリ10の電力は、主にインバータ20を経由して主機モータ85に供給され、主機モータ85の駆動に用いられる。また、高圧バッテリ10は、主機モータ85の回生により生じた電力により充電される。以下適宜、主機モータを「MG」とする。また、高圧バッテリ10から電力が供給される電動系部品をまとめて「高圧系」とする。
高圧リレー部11は、リレー12~14を有し、高圧バッテリ10とインバータ20との間に設けられる。リレー12は高圧バッテリ10の正極と接続される高電位側配線Lbに設けられ、リレー13は高圧バッテリ10の負極と接続される低電位側配電Lgに設けられる。リレー14は、リレー12を迂回して高電位側配線Lbと接続されるプリチャージ配線Lpに設けられる。プリチャージ配線Lpには、プリチャージ抵抗15が設けられている。リレー12~14は、機械式リレーであってもよいし、半導体リレーであってもよい。
高圧リレー部11は、高圧バッテリ10と高圧系の各部品との導通または遮断を切り替える。高圧リレー部11をオンすることで高圧バッテリ10と高圧系の各部品とが導通し、オフすることで高圧バッテリ10と高圧系の各部品とを遮断する。高圧リレー部11は、高圧バッテリ10と高圧系の各部品との断接を切替可能であればよく、リレーの数や配置等は図1と異なっていてもよい。
コンデンサ18は、インバータ20の入力部に設けられる。コンデンサ18は、電荷を蓄えることでインバータ20への入力電圧を平滑化する。インバータ20は、上下アームの6つのスイッチング素子21~26がブリッジ接続されている。
詳しくは、スイッチング素子21、22、23は、それぞれU相、V相、W相の上アームのスイッチング素子であり、スイッチング素子24、25、26は、それぞれU相、V相、W相の下アームのスイッチング素子である。スイッチング素子21~26は、例えばIGBTで構成され、低電位側から高電位側へ向かう電流を許容する還流ダイオードが並列に接続されている。
スイッチング素子21~26のオンオフ作動を制御することで、高圧バッテリ10の直流電力が三相交流電力に変換され、主機モータ85に供給される。また、スイッチング素子21~26のオンオフ作動を制御することで、主機モータ85の回生により生じた三相交流電力が直流電力に変換され、高圧バッテリ10に充電される。
車両制御装置40は、HV制御部41、インバータ制御部42、トランスミッション制御部43、および、ブレーキ制御部44等を有する。図中、HV制御部41、インバータ制御部42、トランスミッション制御部43およびブレーキ制御部44における「制御部」を「CU」と記載した。
制御部41~44は、いずれも、マイコン等を主体として構成され、内部にはいずれも図示しないCPU、ROM、RAM、I/O、及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。制御部41~44における各処理は、ROM等の実体的なメモリ装置(すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体)に予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。
HV制御部41は、図示しないアクセルセンサ、シフトスイッチ、ブレーキスイッチおよび車速センサ等からの信号を取得し、これらの信号に基づき、車両全体の制御を司る。HV制御部41は、機能ブロックとして、リレー制御部411および放電制御部412等を有する。リレー制御部411は、高圧リレー部11の断接の切り替えを制御する。放電制御部412は、コンデンサ18の放電を制御する。リレー制御部411および放電制御部412の少なくとも一方がHV制御部41以外の制御部に設けられていてもよい。なお、図3および図5では、リレー制御部411および放電制御部412の記載を省略した。
インバータ制御部42は、スイッチング素子21~26のオンオフ作動を制御することで、主機モータ85の駆動を制御する。トランスミッション制御部43は、トランスミッション83の動作を制御する。また、トランスミッション制御部43は、シフト情報をHV制御部41に送信可能に構成されている。ブレーキ制御部44は、ブレーキ97を制御する。
ところで、インバータ20や主機モータ85の保守、点検、修理等の際、高圧リレー部11を開とした後、コンデンサ18に溜まった電荷を放電させる必要がある。以下、高圧リレー部11を遮断した状態にて、コンデンサ18の電荷を放電することを強制放電とする。コンデンサ18の電荷を強制放電させるとき、回転位置センサ87の検出値を用い、q軸電流を流さず、d軸電流を主機モータ85に流すことで、主機モータ85のトルクが約ゼロの状態での放電が可能である。
一方、回転位置センサ87の異常等により、主機モータ85の回転位置がわからない場合、d軸電流通電によるコンデンサ18の放電ができず、自然放電とした場合、放電完了までに時間がかかり、放電完了前に点検等の作業を行った場合、高圧部品への接触による感電の懸念がある。
そこで本実施形態では、シフトポジションがパーキング(P)ポジションの場合に主機モータ85への通電による強制放電を行うことで、通電に伴うトルク変動による車両暴走を防ぐことができる。また、主機モータ85に通電することで、コンデンサ18の電荷を確実に抜くことができるため、点検時等における感電リスクを低減することができる。
本実施形態の高圧系異常時の放電制御処理を図2のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、EVモードまたはHEVモードでの走行中に、車両制御装置40にて所定の周期で実行される処理である。
S101では、HV制御部41は、高圧系に異常が生じているか否か判断する。高圧系に異常が生じていないと判断された場合(S101:NO)、S102以降の処理をスキップする。なお、高圧系が正常である場合、別途の処理にて高圧リレー部11の断接を切替可能である。高圧系に異常が生じていると判断された場合(S101:YES)、S102へ移行する。S102では、HV制御部41は、高圧リレー部11を遮断する。
S103では、HV制御部41は、回転位置センサ87の検出値に基づくMG回転位置の取得が可能か否か判断する。MG回転位置の取得ができないと判断された場合(S103:NO)、S106へ移行する。MG回転位置の取得ができると判断された場合(S103:YES)、S104へ移行する。
S104では、HV制御部41は、MG回転数Nが判定閾値Nth以下か否か判断する。判定閾値Nthは、安全に放電を実施すべく0に近い値に設定される。MG回転数Nが判定閾値Nthより大きいと判断された場合(S104:NO)、この判断処理を繰り返す。MG回転数Nが判定閾値Nth以下であると判断された場合(S104:YES)、S105へ移行する。
S105では、放電制御部412は、コンデンサ18の放電をインバータ制御部42に指令する。インバータ制御部42では、主機モータ85にてトルクが発生しないように、回転位置センサ87の検出値に基づき、q軸電流指令値を0、d軸電流指令値を任意の値として、通電制御を行う。そして、S110へ移行する。
MG回転位置の検出ができないと判断された場合(S103:NO)に移行するS106では、HV制御部41は、トランスミッション制御部43からのシフト情報に基づき、シフトポジションがPポジションか否か判断する。シフトポジションがPポジションではないと判断された場合(S106:NO)、S103へ戻り、ドライバによりシフトポジションがPポジションに切り替えられるのを待機する。シフトポジションがPポジションであると判断された場合(S106:YES)、S107へ移行する。
S107では、放電制御部412は、コンデンサ18の放電をインバータ制御部42に指令する。インバータ制御部42では、主機モータ85の回転位置が読み取れないため、任意の相への通電を行う。通電位相は成り行きとなるため、主機モータ85にてトルクが発生する可能性がある。ここで、主機モータ85にてトルクが発生したとしても、シフトポジションがPポジションであってパーキングロック機構が作動しているため、車両が暴走することはない。
S108では、放電制御部412は、コンデンサ18の電圧であるコンデンサ電圧Vcが急低下したか否か判断する。ここでは、コンデンサ電圧Vcの低下速度が判定閾値より大きい場合、コンデンサ電圧Vcが急低下したと判定する。コンデンサ電圧Vcが急低下していないと判断された場合(S108:NO)、S110へ移行する。コンデンサ電圧Vcが急低下したと判断された場合(S108:YES)、S109へ移行し、通電位相をシフトする。そしてS110へ移行する。
上述の通り、主機モータ85の回転位置が読み取れない場合、通電位相は成り行きとなるため、大きなトルクが発生することで、コンデンサ電圧Vcが急低下する虞がある。この場合、通電位相をずらすことで、主機モータ85により発生するトルクを低減できる蓋然性が高い。したがって、コンデンサ電圧Vcが急低下した場合、通電位相をずらし、発生するトルクを調整することで、車両ショックを低減可能である。
S110では、放電制御部412は、コンデンサ電圧Vcが判定閾値Vth以下か否か判定する。判定閾値Vthは、コンデンサ18の電荷が十分に抜けたと判定可能な値に応じて設定される。コンデンサ電圧Vcが判定閾値Vthより大きいと判断された場合(S110:NO)、コンデンサ18の放電を継続し、この判断処理を繰り返す。コンデンサ電圧Vcが判定閾値Vth以下であると判断された場合(S110:YES)、本処理を終了する。
以上説明したように、車両制御装置40は、車両の駆動源である主機モータ85と、主機モータ85に供給される電力を変換するインバータ20と、インバータ20を経由して主機モータ85に電力を供給可能な高圧バッテリ10と、蓄えた電力をインバータ20に供給可能なコンデンサ18と、高圧バッテリ10とコンデンサ18およびインバータ20との間の断接を切替可能な高圧リレー部11と、を備える車両駆動システム1を制御するものである。
車両制御装置40は、リレー制御部411と、インバータ制御部42と、放電制御部412と、を備える。リレー制御部411は、高圧リレー部11の断接を制御する。インバータ制御部42は、インバータ20を制御する。放電制御部412は、コンデンサ18の放電を制御する。
放電制御部412は、シフトポジションがパーキングであるとき、高圧リレー部11が遮断された状態にて主機モータ85への通電によりコンデンサ18の電荷を放電させる強制放電を許可する。これにより、強制放電に伴うトルク変動により、車両が意図せぬ挙動となるのを防ぎつつ、コンデンサ18の電荷を適切に放電させることができる。
主機モータ85には、回転位置を検出する回転位置センサ87が設けられている。放電制御部412は、回転位置センサ87から主機モータ85の回転位置が取得可能である場合、シフトポジションによらず強制放電を許可する。この場合、主機モータ85からトルクが発生しないよう、主機モータ85の回転位置に応じ、d軸通電によるゼロトルク制御を行う。HV制御部41は、主機モータ85の回転位置を取得不能である場合、シフトポジションがパーキングである場合、強制放電を許可する。換言すると、本実施形態では、主機モータ85の回転位置を取得不能であって、シフトポジションがパーキングポジション以外である場合、強制放電を禁止する。これにより、強制放電に伴うトルク変動により、車両が意図せぬ挙動となるのを防ぐことができる。
インバータ制御部42は、主機モータ85の回転位置を取得不能である場合、強制放電におけるコンデンサ18の電圧の低下速度に応じ、通電位相を変更する。これにより、主機モータ85にて発生するトルクが調整されるので、強制放電による車両ショックをより抑制することができる。
(第2実施形態)
第2実施形態を図3および図4に示す。第1実施形態では、コンデンサ18に溜まった電荷を放電させる際、主機モータ85の回転位置が読み取れない場合、シフトポジションがPポジションであるときに放電させる。これに対し、図3に示すように、第2実施形態では、HV制御部41は、パーキングブレーキ機構48からパーキングブレーキの作動情報を取得し、主機モータ85の回転位置が読み取れないとき、パーキングブレーキが作動している場合にコンデンサ18の放電を実施する。
本実施形態の高圧系異常時の放電制御処理を図4のフローチャートに基づいて説明する。S201~S205の処理は、図2中のS101~S105の処理と同様である。MG回転位置が検出できないと判断された場合(S203:NO)に移行するS206では、HV制御部41は、パーキングブレーキ機構48からの作動情報に基づき、パーキングブレーキが作動しているか否か判断する。パーキングブレーキが作動していないと判断された場合(S206:NO)、S203へ戻り、ドライバがパーキングブレーキを作動させるのを待機する。パーキングブレーキが作動していると判断された場合(S206:YES)、S207へ移行する。S207~S210の処理は、図2中のS107~S110の処理と同様である。
本実施形態では、強制放電を行う場合、放電制御部412は、パーキングブレーキが作動しているときに強制放電を許可する。また、放電制御部412は、主機モータ85の回転位置を取得可能である場合、パーキングブレーキの作動状態によらず強制放電を許可し、主機モータ85の回転位置を取得不能である場合、パーキングブレーキが作動している場合、強制放電を許可する。このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
第3実施形態を図5および図6に示す。上記実施形態では、主機モータ85の回転位置が読み取れない場合、シフトポジションがPポジションのとき、または、パーキングブレーキが作動しているときに、コンデンサ18の放電を行う。図5に示すように、本実施形態では、強制放電時において、HV制御部41からブレーキ制御部44へブレーキ指示を送信し、ブレーキ97にて制動トルクを発生させることで、放電に伴い発生するトルク変動による車両ショックを抑制する。
本実施形態の高圧系異常時の放電制御処理を図6のフローチャートに基づいて説明する。S301~S306の処理は、図2のS101~S106の処理と同様である。S306にて肯定判断されて移行するS307では、HV制御部41は、ブレーキ制御部44にブレーキ作動を指示する。ここで、ブレーキ制御部44は、ブレーキ97にて発生する制動トルクが、強制放電により主機モータ85で発生し得る最大トルクより大きくなるように制御する。
S308~S311の処理は、図2中のS107~S110の処理と同様である。なお、図5および図6では、第1実施形態のように、MG回転位置を取得できない場合、シフトポジションがPポジションのときにコンデンサ18の放電を行うものとして記載したが、第2実施形態のように、パーキングブレーキ作動時にコンデンサ18の放電を行うようにしてもよい。
本実施形態では、車両制御装置40は、車両に制動力を発生させるブレーキ97を制御するブレーキ制御部44を備える。ブレーキ制御部44は、強制放電を行うとき、ブレーキ97に制動力を発生させる。また、ブレーキ制御部44は、強制放電時において、強制放電にて主機モータ85に発生し得る最大トルクよりも制動トルクが大きくなるように、ブレーキ97を制御する。強制放電時にブレーキ97を作動させることで、強制放電による車両ショックを、より抑制することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
実施形態では、高圧バッテリ10が「バッテリ」、高圧リレー部11が「リレー部」、コンデンサ18が「蓄電部」に対応する。
(他の実施形態)
上記実施形態では、主機モータの回転位置が検出できない状態での強制放電時において、コンデンサ電圧が急低下した場合、通電位相をシフトする。他の実施形態では、主機モータの回転位置が検出できない状態での強制放電時において、通電位相を一定としてもよい。
上記実施形態では、主機モータの回転位置が検出できない場合、シフトポジションがPポジション、または、パーキングブレーキ作動時に強制放電を行う。他の実施形態では、主機モータの回転位置が検出できる場合においても、シフトポジションがPポジション、または、パーキングブレーキ作動時に強制放電を行うようにしてもよい。また、主機モータの回転位置が検出できる場合においても、油圧ブレーキを作動させるようにしてもよい。
上記実施形態では、車両制御装置が適用される車両はハイブリッド車両である。他の実施形態では、車両制御装置を、エンジンを有しない電気自動車に適用してもよい。
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウェア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウェア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
1・・・車両駆動システム
10・・・高圧バッテリ(バッテリ)
11・・・高圧リレー部(リレー部)
18・・・コンデンサ(蓄電部)
20・・・インバータ
40・・・車両制御装置 41・・・HV制御部
411・・・リレー制御部 412・・・放電制御部
42・・・インバータ制御部 44・・・ブレーキ制御部
87・・・回転位置センサ
97・・・ブレーキ

Claims (5)

  1. 車両の駆動源である主機モータ(85)と、前記主機モータに供給される電力を変換するインバータ(20)と、前記インバータを経由して前記主機モータに電力を供給可能なバッテリ(10)と、蓄えた電力を前記インバータに供給可能な蓄電部(18)と、前記バッテリと前記蓄電部および前記インバータとの間の断接を切替可能なリレー部(11)と、を備える車両駆動システム(1)を制御する車両制御装置であって、
    前記リレー部の断接を制御するリレー制御部(411)と、
    前記インバータを制御するインバータ制御部(42)と、
    前記蓄電部の電荷の放電を制御する放電制御部(412)と、
    を備え、
    前記放電制御部は、シフトポジションがパーキングであるとき、または、パーキングブレーキが作動しているとき、前記リレー部が遮断された状態にて前記主機モータへの通電により前記蓄電部の電荷を放電させる強制放電を許可する車両制御装置。
  2. 前記主機モータには、回転位置を検出する回転位置センサ(87)が設けられており、
    前記放電制御部は、
    前記回転位置センサから前記回転位置を取得可能である場合、前記シフトポジションまたは前記パーキングブレーキの作動状態によらず、前記強制放電を許可し、
    前記回転位置センサから前記回転位置を取得不能である場合、前記シフトポジションがパーキングである場合、または、前記パーキングブレーキが作動している場合、前記強制放電を許可する請求項1に記載の車両制御装置。
  3. 前記インバータ制御部は、前記回転位置を取得不能である場合、前記強制放電における前記蓄電部の電圧の低下速度に応じ、通電位相を変更する請求項2に記載の車両制御装置。
  4. 前記車両に制動力を発生させるブレーキ(97)を制御するブレーキ制御部(44)を備え、
    前記ブレーキ制御部は、前記強制放電を行うとき、前記ブレーキに制動力を発生させる請求項1~3のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  5. 前記ブレーキ制御部は、前記強制放電時において、前記強制放電にて前記主機モータに発生し得る最大トルクよりも制動トルクが大きくなるように前記ブレーキを制御する請求項4に記載の車両制御装置。
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