JP2024044729A

JP2024044729A - 電動車両

Info

Publication number: JP2024044729A
Application number: JP2022150444A
Authority: JP
Inventors: 拓矢西本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-04-02

Abstract

【課題】駆動系の異常の誤検出を抑制する。【解決手段】駆動輪に連結されたモータと、モータを駆動するインバータと、インバータに電力ラインを介して接続された蓄電装置と、走行要求トルクにより走行するようにインバータを制御すると共に、モータおよびインバータを含む駆動系の異常診断を実行する制御装置と、を備える電動車両であって、制御装置は、車速が一定の要求車速に基づく目標車速となるように走行要求トルクを設定しているときに、モータの電気周期と異常診断の判定周期との差分が所定差分よりも大きいときには、要求車速を目標車速に設定し、差分が所定差分以下のときには、車両挙動に影響を与えずに且つ平均車速を変更しないように定められた変動成分を要求車速に重畳させて目標車速を設定する。【選択図】図２

Description

本開示は、電動車両に関する。

従来、車両のＥＣＵが、異常診断（ダイアグ）の項目についてレート達成度が向上するように、自動運転の制御中に動力源の制御を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＥＣＵは、自動運転中に、異常診断のレート達成度が低いものから優先順位をつけて異常診断を行なう。

特開２０１７－７８３７５号公報

駆動輪に連結されたモータと、モータを駆動するインバータと、を備える電動車両において、略一定車速で走行しているときにモータの電気周期と異常診断の周期とが略一致し続けると、モータおよびインバータを含む駆動系の異常診断の周期的なタイミングのそれぞれで、モータの出力トルクなどが脈動のピーク付近となって異常閾値を超えて、異常を誤検出する場合が生じ得る。

本開示の電動車両は、駆動系の異常の誤検出を抑制することを主目的とする。

本開示の電動車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本開示の電動車両は、駆動輪に連結されたモータと、前記モータを駆動するインバータと、走行要求トルクにより走行するように前記インバータを制御すると共に、前記モータおよび前記インバータを含む駆動系の異常診断を実行する制御装置と、を備える電動車両であって、前記制御装置は、車速が一定の要求車速に基づく目標車速となるように前記走行要求トルクを設定しているときに、前記モータの電気周期と前記異常診断の判定周期との差分が所定差分よりも大きいときには、前記要求車速を前記目標車速に設定し、前記差分が前記所定差分以下のときには、車両挙動に影響を与えずに且つ平均車速を変更しないように定められた変動成分を前記要求車速に重畳させて前記目標車速を設定する、ことを要旨とする。

本開示の電動車両では、車速が一定の要求車速に基づく目標車速となるように走行要求トルクを設定しているときに、モータの電気周期と異常診断の判定周期との差分が所定差分よりも大きいときには、要求車速を目標車速に設定し、差分が所定差分以下のときには、車両挙動に影響を与えずに且つ平均車速を変更しないように定められた変動成分を要求車速に重畳させて目標車速を設定する。これにより、車速を変動させて、モータの回転数（電気周波数）すなわち電気周期を変動させることができる。この結果、モータの電気周期と異常診断の判定周期とが略一致し続けるのを抑制し、駆動系の異常を誤検出するのを抑制することができる。

電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。設定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。トルク指令Ｔｍ＊および出力トルクＴｍの様子の一例を示す説明図である。

次に、本開示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、本開示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。図示するように、実施例の電気自動車２０は、走行用のモータ３２と、インバータ３４と、バッテリ３６と、電子制御ユニット５０とを備える。

モータ３２は、三相交流電動機として構成されており、回転子コアに永久磁石が埋め込まれた回転子と、固定子コアに三相コイルが巻回された固定子とを備える。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂに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。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられる。インバータ３４は、電力ライン３８を介してバッテリ３６に接続されており、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された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３８の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２つずつペアで配置されている。各ペアの２つのトランジスタの接続点は、それぞれ、モータ３２の対応する相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルに接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０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。

バッテリ３６は、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おり、電力ライン３８を介してインバータ３４に接続されている。電力ライン３８には、平滑用のコンデンサ３９が取り付けられている。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポートを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット５０は、回転位置センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍ、電流センサ３２ｕ，３２ｖからのモータ３２のＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖ、電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂ、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂ、電圧センサ３９ａからの電力ライン３８（コンデンサ３９）の電圧ＶＬを入力する。スタートスイッチ６０からのスタート信号、シフトポジションセンサ６２からのシフトレバー６１の操作位置であるシフトポジションＳＰ、アクセルペダルセンサ６４からのアクセルペダル６３の踏込量であるアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダルセンサ６６からのブレーキペダル６５の踏込量であるブレーキペダルポジションＢＰも入力する。車速センサ６７からの車速Ｖ、クルーズコントロールスイッチ６８からのスイッチ信号も入力する。なお、クルーズコントロールスイッチ６８は、クルーズコントロールのオンオフに加えて、要求車速Ｖｒｑも設定できるように構成されている。

電子制御ユニット５０は、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６に制御信号を出力する。電子制御ユニット５０は、回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算したり、相電流Ｉｕ，Ｉｖと電気角θｅとに基づいてモータ３２の出力トルクＴｍを推定したりしている。出力トルクＴｍの推定は、例えば、モータ３２の各相の電流の総和が値０とであるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）し、電流Ｉｄ，Ｉｑと出力トルクＴｍとの予め定められた関係にｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑを適用して出力トルクＴｍを導出することにより行なわれる。

実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、走行に要求される（駆動軸２６に要求される）走行要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、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を制御する。ここで、走行要求トルクＴｄ＊は、クルーズコントロールスイッチ６８がオフのときには、アクセル開度Ａｃｃおよび車速Ｖに基づいて設定される。クルーズコントロールスイッチ６８がオンのときには、後述の設定処理ルーチンにより設定される。インバータ３４の制御は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により行なわれる。

ＰＷＭ制御では、最初に、モータ３２の各相の電流の総和が値０とであるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相、Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相－２相変換）する。続いて、トルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、ｄ軸、ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊と電流Ｉｄ，Ｉｑとの差分が打ち消されるようにｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を演算する。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸、ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相－３相変換）し、この電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗと搬送波電圧との比較によってトランジスタＴ１１～Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成してトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

また、電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、モータ３２およびインバータ３４を含む駆動系の異常診断を周期的に行なう。ここで、駆動系の異常診断としては、例えば、トルク異常診断、電圧異常診断、電流異常診断などを挙げることができる。トルク異常診断では、例えば、モータ３２の出力トルクＴｍがトルク指令Ｔｍ＊プラスマイナス閾値ΔＴｍｒｅｆの範囲（Ｔｍ＊－ΔＴｍｒｅｆ～Ｔｍ＊＋ΔＴｍｒｅｆ）外であるとの判定を所定回数Ｎ１だけ連続して行なったときにトルク異常を検出（確定）する。電圧異常診断では、電力ライン３８の電圧ＶＬがバッテリ３６の電圧Ｖｂプラスマイナス閾値ΔＶＬｒｅｆの範囲（Ｖｂ－ΔＶｂｒｅｆ～Ｖｂ＋ΔＶｂｒｅｆ）外であるとの判定を所定回数Ｎ２だけ連続して行なったときに電圧異常を検出（確定）する。電流異常診断では、モータ３２のｄ軸、ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｄｑが電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊プラスマイナス閾値ΔＩｄｒｅｆ，ΔＩｑｒｅｆの範囲（Ｉｄ＊－ΔＩｄｒｅｆ～Ｉｄ＊＋ΔＩｄｒｅｆ、Ｉｑ＊－ΔＩｑｒｅｆ～Ｉｑ＊＋ΔＩｑｒｅｆ）外であるとの判定を所定回数Ｎ３だけ連続して行なったときに電流異常を検出（確定）する。これらの異常は、回転位置センサ３２ａや電流センサ３２ｕ，３２ｖ、電圧センサ３９ａのオフセット誤差などに基づいて生じ得る。なお、出力トルクＴｍや電圧ＶＬ、電流Ｉｄ，Ｉｑは、電気１次（電気周波数）やその整数倍の変動成分を有する。

次に、実施例の電気自動車２０の動作、特に、クルーズコントロールスイッチ６８がオンのときの走行要求トルクＴｄ＊の設定処理について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される設定処理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、クルーズコントロールスイッチ６８がオンのときに繰り返し実行される。

図２の設定処理ルーチンでは、電子制御ユニット５０は、車速Ｖ、要求車速Ｖｒｑを入力する（ステップＳ１００）。ここで、車速Ｖは、車速センサ６７により検出された値が入力される。要求車速Ｖｒｑは、運転者によりクルーズコントロールスイッチ６８が操作されて設定された値が入力される。

こうしてデータを入力すると、車速Ｖが所定車速範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。モータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結されているから、モータ３２の電気周波数と車速Ｖとは比例関係を有する。これを踏まえて、所定車速範囲は、モータ３２の電気周期（電気周波数の逆数）と駆動系の異常診断の周期との差分が所定差分以下となる範囲として実験や解析、機械学習などにより定められる。

ステップＳ１１０で車速Ｖが所定車速範囲外であると判定したときには、ステップＳ１００で入力した（運転者により設定された）要求車速Ｖｒｑを目標車速Ｖ＊に設定し（ステップＳ１２０）、設定した目標車速Ｖ＊と車速Ｖとの差分が小さくなるように走行要求トルクＴｄ＊を設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０で車速Ｖが所定車速範囲内であると判定したときには、ステップＳ１００で入力した要求車速Ｖｒｑに車速変動成分Δを重畳させて目標車速Ｖ＊を設定し（ステップＳ１３０）、再設定した目標車速Ｖ＊と車速Ｖとの差分が小さくなるように走行要求トルクＴｄ＊を設定して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、変動成分ΔＶは、車両挙動に影響を与えず（運転者に感じさせず）に且つ平均車速を変更しないように設定され、例えば、正弦波状の成分として設定される。なお、変動成分ΔＶは、正弦波状の成分に限定されない。このようにして目標車速Ｖ＊を設定することにより、車速Ｖを変動させて、モータ３２の回転数Ｎｍ（電気周波数）すなわち電気周期を変動させることができる。この結果、モータの電気周期と異常診断の判定周期とが略一致し続けるのを抑制し、駆動系の異常（例えば、トルク異常、電圧異常、電流異常など）を誤検出するのを抑制することができる。

図３は、実施例および比較例の、クルーズコントロールスイッチ６８がオンで且つ車速Ｖが所定車速範囲内のときのモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊および出力トルクＴｍの様子の一例を示す説明図である。図３中、時刻ｔ１１～ｔ１５は、トルク異常診断の診断タイミングである。比較例では、車速Ｖが所定車速範囲内であるか否かに拘わらずに、要求車速Ｖｒｑを目標車速Ｖ＊に設定するものとした。比較例では、目標車速Ｖ＊が一定であることにより、モータ３２の電気周波数およびトルク指令Ｔｍ＊が略一定である場合、モータ３２の電気周期（電気周波数の逆数）とトルク異常診断の診断周期とが略一致し続けて、トルク異常診断で、出力トルクＴｍがトルク指令Ｔｍ＊プラス閾値ΔＴｍｒｅｆよりも大きいと判定する連続回数（図３の例では、時刻ｔ１１～ｔ１５の５回）が多くなり、トルク異常を誤検出してしまう可能性がある。これに対して、実施例では、要求車速Ｖｒｑに車速変動成分Δを重畳させて目標車速Ｖ＊を設定することにより、要求トルクＴｄ＊やトルク指令Ｔｍ＊が変動して車速Ｖが変動してモータ３２の回転数Ｎｍ（電気周波数）が変動するから、モータ３２の電気周期とトルク異常診断の診断周期とが略一致し続けるのを抑制することができる。これにより、トルク異常診断で、出力トルクＴｍがトルク指令Ｔｍ＊プラス閾値ΔＴｍｒｅｆよりも大きいと判定する連続回数（図３の例では、時刻ｔ１１～ｔ１３の３回）が多くなるのを抑制し、トルク異常を誤検出するのを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、クルーズコントロールスイッチ６８がオンのときにおいて、車速Ｖが所定車速範囲外のときには、要求車速Ｖｒｑを目標車速Ｖ＊に設定し、車速Ｖが所定車速範囲内のときには、要求車速Ｖｒｑに、車両挙動に影響を与えず（運転者に感じさせず）に且つ平均車速を変更しないように定められた変動成分ΔＶを重畳させて目標車速Ｖ＊を設定する。これにより、車速Ｖが所定車速範囲内のときに、車速Ｖを変動させて、モータ３２の回転数Ｎｍ（電気周波数）すなわち電気周期を変動させることができる。この結果、モータ３２の電気周期と異常診断の判定周期とが略一致し続けるのを抑制し、駆動系の異常を誤検出するのを抑制することができる。

実施例では、電子制御ユニット５０は、クルーズコントロールスイッチ６８がオンのときにおいて、車速Ｖが所定車速範囲外のときには、要求車速Ｖｒｑを目標車速Ｖ＊に設定し、車速Ｖが所定車速範囲内のときには、要求車速Ｖｒｑに変動成分ΔＶを重畳させて目標車速Ｖ＊を設定するものとした。しかし、自動運転中に、車速が一定の要求車速Ｖｒｑに基づく目標車速Ｖ＊となるように走行要求トルクＴｄ＊を設定する際において、車速Ｖが所定車速範囲外のときには、要求車速Ｖｒｑを目標車速Ｖ＊に設定し、車速Ｖが所定車速範囲内のときには、要求車速Ｖｒｑに変動成分ΔＶを重畳させて目標車速Ｖ＊を設定するものとしてもよい。

実施例では、モータ３２を駆動するインバータ３４とバッテリ３６とが共に電力ライン３８に接続されるものとしたが、電力ライン３８のインバータ３４とバッテリ３６との間に昇圧コンバータが設けられるものとしてもよい。

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、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」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、本開示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、本開示はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本開示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。

本開示は、電動車両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、３２モータ、３４インバータ、３６バッテリ、５０電子制御ユニット。

Claims

駆動輪に連結されたモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
走行要求トルクにより走行するように前記インバータを制御すると共に、前記モータおよび前記インバータを含む駆動系の異常診断を実行する制御装置と、
を備える電動車両であって、
前記制御装置は、車速が一定の要求車速に基づく目標車速となるように前記走行要求トルクを設定しているときに、前記モータの電気周期と前記異常診断の判定周期との差分が所定差分よりも大きいときには、前記要求車速を前記目標車速に設定し、前記差分が前記所定差分以下のときには、車両挙動に影響を与えずに且つ平均車速を変更しないように定められた変動成分を前記要求車速に重畳させて前記目標車速を設定する、
電動車両。