JP3582358B2 - Ｄｃ／ｄｃコンバータの異常検出装置、異常検出方法、および、その異常検出機能を備えた車両駆動システム - Google Patents
Ｄｃ／ｄｃコンバータの異常検出装置、異常検出方法、および、その異常検出機能を備えた車両駆動システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置及び方法に関する。この異常検出装置は、例えば、エンジンとアシストモータによって車両の推進力を発生する車両駆動システムに好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低公害などの観点から電気自動車が注目されている。電気自動車の一種に、ホイールモータ付き車両がある。図１４は、ホイールモータ付き車両の構成の一例を示している。エンジン１００の出力によりフロントホイール１０２が駆動される。補機バッテリ１０４は、エンジン出力で駆動されるオルタネータにより充電され、エンジン点火系等に電力を供給するものである。その他に、補機バッテリ１０４の直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１０６にて昇圧され、昇圧側で電力がキャパシタ１０８に一時的に蓄えられる。そして、キャパシタ１０８からインバータを介して左右のホイールモータ１１０に電力が供給される。ホイールモータ１１０のステータは車体側に、ロータはホイール側に固定されており、ホイールモータ１１０の出力でリアホイール１１２が駆動される。
【０００３】
図１４のシステムでは、エンジン１００が車両の主推進力を発生し、ホイールモータ１１０はアシスト推進力を発生する。例えば、雪道の上り坂など、路面の摩擦係数が低く、フロントホイール１０２がスリップしやすい状況においても、アシスト推進力を利用したリアホイール１１２の駆動により、車両が安定して走行する。また、車両の減速時には、ホイールモータ１１０の回生制動で得られた電力がキャパシタ１０８に蓄えられ、この電力を使ってホイールモータ１１０が駆動される。このようにして、車両の運動性能を向上し、また、エネルギ効率の向上を図ることができる。さらに、モータをホイールに直接に取り付けたことにより、（１）ドライブシャフト等の伝達系部品およびそのためのスペースを省略でき、伝達損失も少なくなる；（２）１つのモータの駆動力を左右輪に分配するのではなく、左右のホイールに独立して駆動力を与えられるので、従って、左右の駆動力を独立して制御することができ、これにより高い運動性能が得られる；といった利点が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１４のような車両駆動システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生すると、システムの正常な動作も困難になる。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータに何らかの異常が発生したことを検出し、異常発生に的確に対処する必要がある。コンバータ異常は、例えば内部の断線であり、また例えば、トランジスタやダイオードを内蔵している場合におけるそれらの要素の故障である。
【０００５】
参考技術として、特開平９−２８４９９４号公報に記載の過電圧保護回路では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の大きさを所定の基準電圧と比較することによってコンバータ異常を検出することが提案されている。
【０００６】
上記公報では、ＤＣ／ＤＣコンバータをコンピュータ等に備え、定常的に一定の出力電圧を得るために用いることが前提になっている。コンバータが正常であれば、一定電圧を出力し続けるはずである。従って、検出された出力電圧の大きさを監視するだけで、容易にコンバータ異常が発生したか否かを判断できる。
【０００７】
しかしながら、図１４のようなシステムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、キャパシタの充電に用いられる。充電は、運転の開始時や、キャパシタの電力をモータ駆動に消費した後に行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータの起動によって充電が開始され、出力電圧が立ち上がる。コンバータの出力電圧はキャパシタの両端電圧と同等であり、目標の出力電圧が得られるとコンバータが停止される。このような用途にコンバータを使う場合、コンバータの出力電圧は一定ではなく、変化していく。そのため、従来のように出力電圧の大きさだけを監視していてもコンバータの異常を検出することは困難である。そこで、このような場合にもコンバータ異常の発生を確実に検出可能にすることが望まれる。
【０００８】
さらに、図１４のようなシステムでは、キャパシタの電力をモータ駆動のために消費した後、次のモータ駆動に備えて急速にキャパシタを充電することが望ましい。そのためには、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続し、全体で一つのＤＣ／ＤＣコンバータとして機能させることが効果的である。以下、このような構成における並列接続された各ＤＣ／ＤＣコンバータを「ＤＣ／ＤＣコンバータモジュール」という。しかしながら、並列接続された複数のコンバータモジュールの一部が故障した場合には、電力変換は可能であるものの電力変換能力が低下するという事態が生じる。従って、出力電圧の大きさだけを見ていても、コンバータ異常が発生したか否かが分からない。もちろん、一つ一つのコンバータモジュールに異常検出のためのセンサを取り付けることも考えられるが、構成の複雑化、コストの増大といった不利がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でコンバータの異常発生を確実に検出できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、一つのＤＣ／ＤＣコンバータに複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に設けられている場合でも、コンバータ異常を確実に検出できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１１】
さらに本発明の他の目的は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に設けられている場合に、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを特定できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１２】
さらに本発明の他の目的は、上記の好適なコンバータ異常検出機能を備えた車両駆動システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力電圧の検出値に基づいてコンバータ異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、を含み、前記異常判定手段は、前記出力電圧の検出値の変化の速さがコンバータ正常状態における出力電圧の変化の速さと異なるときに、コンバータ異常が発生したと判定することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、出力電圧の変化の速さを利用してコンバータ異常が検出される。コンバータが正常か異常かによって、出力電圧の変化の様子が異なり、電圧変化の速さが異なる。従って、コンバータが正常な状態と異なる速さで出力電圧が変化したか否かによって、コンバータ異常発生の有無を判定できる。
【００１５】
このように、本発明によれば、例えばＤＣ／ＤＣコンバータをキャパシタの充電に使う場合のように、出力電圧の大きさだけではコンバータ異常が分からないときでも、出力電圧の変化の速さを利用することにより、コンバータ異常を確実に検出することが可能となる。
【００１６】
なお、本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを有する場合に好適に適用される。しかし、本発明はこのような構成には限定されず、ＤＣ／ＤＣコンバータが単独で設けられている場合にも本発明を同様に適用できる。
【００１７】
また、上記の本発明の異常検出手段は、出力電圧の変化の速さが適正であるか否かを判定するために、例えば下記の（２）〜（４）のいずれかの具体的構成を有することが好適である。
【００１８】
（２）本発明の一態様では、前記異常判定手段は、時間軸に対する出力電圧検出値の傾きを算出する傾き算出手段と、出力電圧検出値に基づいてコンバータ正常状態に対応する基準の電圧傾きを求める基準傾き取得手段と、を含み、電圧傾き算出値と基準の電圧傾きを比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。時間軸に対する電圧の傾きは、電圧変化速度に相当する。
【００１９】
（３）また別の一態様では、前記異常判定手段は、所定の判定期間の前後の出力電圧検出値の変化量を求める電圧変化算出手段と、前記判定期間の開始時点の出力電圧に基づいてコンバータ正常状態に対応する判定期間前後の基準の出力電圧変化量を求める基準電圧変化取得手段と、を含み、前記出力電圧検出値の変化量を前記基準の出力電圧変化量と比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。判定期間の前後の電圧変化量は、判定期間の平均の電圧変化速度（傾き）と対応するものである。
【００２０】
（４）また別の一態様では、前記異常判定手段は、所定の判定期間の開始時点の出力電圧に基づいてコンバータ正常状態に対応する前記判定期間の終了時点の基準の出力電圧を求める基準電圧取得手段を含み、前記判定期間の終了時点の出力電圧の検出値を前記基準の出力電圧と比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。この態様では、判定期間の終了時点の出力電圧そのものを異常判定に用いているが、判定の原理は上記の（３）と実質的に同様である。
【００２１】
（５）本発明の好適な一態様において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、前記異常判定手段は、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが正常な状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化するときに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールのいずれかに異常が発生したと判定する。
【００２２】
この態様では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールは、通常のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能できるものである。電圧検出手段は、全部のコンバータモジュールが集まった後の総合出力電圧を検出する。全部のコンバータモジュールが正常な場合と、一部のコンバータモジュールが異常な場合とでは、総合出力電圧の変化の速さが異なる。従って、総合出力電圧の変化の速さを利用してコンバータ異常の発生を検知できる。従来のように出力電圧の大きさだけを監視する場合、一部のコンバータモジュールに異常が発生しても電力変換は行われるので、コンバータ異常を確実に検知することは困難だった。本発明によれば、上記のように、一部のコンバータモジュールに異常が発生したことも確実に検知できる。各コンバータモジュールに個別に電圧センサを設ける必要がないので、構造が簡単であり、コスト低減が図れる。
【００２３】
（６）また、本発明の別の好適な一態様において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを時分割制御により順次個別に駆動する時分割駆動制御手段が設けられており、前記異常判定手段は、各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを駆動した際に、コンバータ正常状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化した場合に、そのときに駆動されたＤＣ／ＤＣコンバータモジュールに異常が発生したと判定する。
【００２４】
この態様では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが時分割制御により順次個別に駆動される。各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを駆動するときに、総合出力電圧の電圧変化に基づいてコンバータ異常が発生したか否かが判定される。異常発生と判定された場合、そのときに駆動したＤＣ／ＤＣコンバータモジュールに異常が発生している。従って、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを特定することが可能となる。これにより、コンバータ異常に対してより適切な対応措置をとることができ、また、コンバータの修理等の作業を迅速かつ容易に行うこともできる。
【００２５】
（７）本発明の別の態様は、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出方法であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がコンバータ正常状態と異なる速さで変化したときにコンバータ異常が発生したと判定することを特徴とする。この態様によれば、上記の本発明の効果が異常検出方法というかたちで得られる。
【００２６】
（８）本発明の別の態様は、車両の主推進力を発生するエンジンと、車両のアシスト推進力を発生するアシストモータと、補機蓄電手段からの供給電力を前記アシストモータで要求される電圧の電力へ昇圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧された電力を一時的に蓄え、蓄えた電力を前記アシストモータへ供給するモータ用蓄電手段と、を含む車両駆動システムにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動して前記モータ用蓄電手段を充電するときに、コンバータ正常状態における速さと異なる速さで出力電圧が変化した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したと判定する異常判定手段と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
この態様によれば、車両駆動システムが、コンバータ起動の際の早い時期に、モータ用蓄電手段を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したことを確実に検知して、適切な対応措置をとることができる。例えば、アシストモータの使用が禁止される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数の単位コンバータにより構成されている場合において、一部の単位コンバータが正常であれば、使用可能な単位コンバータを用いて、引き続きアシストモータを作動させることができる。
【００２８】
なお、例えば、アシストモータは、ホイールに取り付けられるホイールモータであり、補機蓄電手段は補機バッテリであり、モータ用蓄電手段はキャパシタまたはコンデンサである。好ましくは、本発明の異常判定手段の各構成は、適宜、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御装置に組み込まれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。図１は、本実施形態の車両駆動システムの構成を示している。本発明の異常検出装置はこのシステムに設けられている。エンジン１０は内燃機関であり、車体のフロント部に搭載されており、変速機１２および車軸１４を介してフロントホイール１６に接続されている。エンジン１０の出力によりフロントホイール１６が駆動される。
【００３０】
電圧１２Ｖの補機バッテリ１８は、エンジン１０の出力で駆動されるオルタネータ１９の発電電力によって充電される。補機バッテリ１８は、エンジン点火系やその他の補機に電力を供給している。この補機バッテリ１８からＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０に直流電圧が入力され、コンバータで昇圧が行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０は、並列接続された２つのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ、２２ｂを有する。ここで、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０が本発明のＤＣ／ＤＣコンバータに相当する。各コンバータモジュールは、周知の構成を有するものでよい。以下、適宜、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０またはＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂを単にコンバータという。
【００３１】
コンバータアセンブリ２０から出力された直流電圧はキャパシタ２４に印可され、これによりキャパシタ２４が充電される。キャパシタ２４は、ホイールモータ２８を駆動する電力を一時的に蓄えるために設けられている。キャパシタ２４の代わりに電界コンデンサを設けることも好適である。キャパシタ２４に蓄えられた電力は、左右のインバータ２６を介して左右のホイールモータ２８に供給される。インバータ２６は、複数のスイッチング素子を有し、キャパシタ２４から送られる直流電流を交流電流に変換する。ホイールモータ２８は、例えば３相交流式のＰＭ同期モータである。ホイールモータ２８のステータは車両側に固定され、ロータはリアホイール３０に固定されている。従って、ホイールモータ２８の出力によりリアホイール３０が駆動される。
【００３２】
システムＥＣＵ３２は、ホイールモータ２８による図１のパワーアシストシステムを制御している。システムＥＣＵ３２は、ホイールモータ２８、補機バッテリ１８およびエンジン１０を含む各種の構成要素およびそれらの要素に設けられたセンサから入力される信号に基づいて動作する。システムＥＣＵ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０に制御信号を出力して、昇圧動作を行わせる。ここで、システムＥＣＵ３２は、コンバータアセンブリ２０を構成する各コンバータモジュールに個別に制御信号を出力し、個別に動作させることが可能に構成されている。従って、一方のコンバータのみを起動し、電力変換を行わせることもできる。
【００３３】
また、システムＥＣＵ３２は、インバータ２６のスイッチング動作を制御する信号を生成し、出力する。ホイールモータ２８に所望のトルクを発生させる交流電流を生成するためのスイッチング信号が生成される。また、車両の減速時には、ホイールモータ２８に回生制動を行わせるスイッチング信号が生成される。回生制動により発電された電力は、キャパシタ２４に充電される。また、エンジン１０は、図示しないエンジンＥＣＵにより制御されているが、このエンジンＥＣＵもシステムＥＣＵ３２に一体化されてもよい。
【００３４】
さらに、システムＥＣＵ３２は、本発明の異常判定手段として機能する。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０の出力側には、電圧センサ３４が設けられている。この電圧センサ３４の検出信号がシステムＥＣＵ３２に入力され、ＥＣＵ３２にてコンバータアセンブリ２０の出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴが求められる。システムＥＣＵ３２は、後述するように、この出力電圧を利用してコンバータ異常を検出する。上記の出力電圧は、２つのコンバータモジュール２２ａ、２２ｂが集まった後の部分での電圧（総合出力電圧）である。また、上記出力電圧は、キャパシタ２４の両端の電圧でもある。
【００３５】
図２は、本実施形態の車両駆動システムの全体的な制御を示している。イグニッションスイッチ（図示せず）がオンになると（Ｓ１００）、システムＥＣＵ３２が立ち上げられ（Ｓ１０１）、エンジン始動制御が行われる（Ｓ１０２）。エンジンが始動すると、アシストシステム、すなわち、ホイールモータ２８に関連するシステムが立ち上げられ（Ｓ１０３）、走行制御が行われる（Ｓ１０４）。走行制御中は、エンジン１０が車両の主推進力を発生し、ホイールモータ２８はアシスト推進力を発生する。路面がすべりやすい状況などでは、リアホイール３０の駆動力を利用することにより、車両の運動性能が高められる。そして、イグニッションスイッチがオフになったか否かが判断される（Ｓ１０５）。イグニッションがオフでなければ走行制御が継続され、イグニッションがオフであれば、全体処理は終了する。
【００３６】
図２の処理において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、まずＳ１０３のアシストシステム立上げステップで駆動される。ホイールモータ２８を駆動するのに十分な電気エネルギをキャパシタ２４に蓄える必要がある。そこで、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ（＝キャパシタ両端電圧）が予め定めた目標値に達するまで充電が行われる。前述のように、コンバータ出力電圧は電圧センサ３４により検出される。また、走行制御中、キャパシタ２４の電力をモータ駆動のために消費した後、次にホイールモータ２６を駆動するときに備えてキャパシタ２４を充電しておく必要がある。このときもＤＣ／ＤＣコンバータが駆動される。ここでも、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴが目標に達するまでコンバータ駆動が行われる。なお、本実施形態で２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂを設けているのは、短時間でキャパシタ２４を充電するためである。
【００３７】
次に、本実施形態のコンバータ異常検出について説明する。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータがキャパシタ２４の充電に使われているので、コンバータの起動後、時間の経過とともに出力電圧が大きくなる。図３には、２個のコンバータモジュールを駆動した場合と、１個のコンバータモジュールのみを駆動した場合の電圧上昇カーブが示されている。図３から明らかなように、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの一方が故障した場合でも、出力電圧は時間の経過とともに上昇する。従って、出力電圧の大きさのみを監視していても、コンバータ異常が発生したか否かが分からない。
【００３８】
しかしながら、図３に示されるように、正常なコンバータモジュールの数によって、出力電圧が上昇する速さは異なっている。従って、出力電圧の上昇の速さを利用してコンバータ異常を検出することができる。すなわち、検出された出力電圧変化をコンバータ正常状態における基準の電圧変化と比較することによって、コンバータ異常が発生したか否かを判定できる。本実施形態では、具体的には下記の異常判定処理１〜３のいずれかによってコンバータ異常を検出する。
【００３９】
［異常検出処理１］
ここでは、出力電圧の変化の速さを表すパラメータとして、時間軸に対する出力電圧の傾き（電圧変化速度）を利用する。図３から明らかなように、時間の経過に伴って、出力電圧が大きくなるとともに電圧傾きが小さくなる。出力電圧と電圧傾きは一対一で対応する。そして、出力電圧の大きさが同じでも、正常なコンバータモジュールの数に応じて電圧傾きが異なる。そこで、２つのコンバータモジュールが正常な場合における出力電圧と電圧傾きとの関係を表す電圧傾きマップ（テーブルなどでもよい、以下同じ）を作成しておく。このマップには、電圧傾きの許容範囲が示される。図４は電圧傾きマップの一例を示しており、このマップはシステムＥＣＵ３２に記憶されている。システムＥＣＵ３２は、検出された出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴから電圧傾きを求め、この傾きが図４に点線で示される許容範囲から外れると、コンバータ異常が発生したと判断する。
【００４０】
図５は、電圧傾きを利用した異常検出処理を示すフローチャートである。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ２００）、電圧計測回数をＮ回にセットする（Ｓ２０１）。そして、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴを入力し（Ｓ２０２）、計測回数Ｎから１を引く（Ｓ２０３）。そして、タイマ処理を行って所定のタイマ時間が経過するのを待ち（Ｓ２０４）、計測回数Ｎが０回になったか否かを判定する（Ｓ２０５）。Ｎ＝０でなければ、Ｓ２０２に戻る。このようにして、タイマ時間おきにＮ個の電圧検出値が得られる。
【００４１】
次に、システムＥＣＵ３２は、Ｎ個の電圧検出値から電圧傾きＣＯ＿ΔＶを算出する（Ｓ２０６）。ここでは、１回目と２回目に得られた電圧検出値の差をタイマ時間で割ることによって、一の電圧傾きが算出される。同様に、２回目と３回目、３回目と４回目のデータからも電圧傾きが算出される。このようにしてＮ−１個の傾き算出値が得られると、これらの傾きの平均が算出される。この平均値が最終的な電圧傾きＣＯ＿ΔＶである。
【００４２】
また、システムＥＣＵ３２は、基準電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥを算出する（Ｓ２０７）。まず、上記のＮ個の電圧検出値ＣＯ＿ＶＤＥＴの平均が算出される。そして、図４の電圧傾きマップが参照され、平均電圧値に対応する電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥが求められる。
【００４３】
次に、電圧傾きＣＯ＿ΔＶと基準電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥとの差ΔＣＯが算出される（Ｓ２０８）。そして、この傾き偏差ΔＣＯが許容範囲の外であるか否かが判定される（Ｓ２０９）。許容範囲は図４に点線で示されている。傾き偏差ΔＣＯが許容範囲内であれば、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂが正常に作動していると考えられるので、異常検出処理を終了する。傾き偏差ΔＣＯが許容範囲外であれば、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの少なくとも一方に異常が発生していると考えられるので、「異常処理」を行う（Ｓ２１０）。コンバータ異常は、例えば内部の断線であり、また例えば、トランジスタやダイオードを内蔵している場合におけるそれらの要素の故障である。「異常処理」では、ホイールモータ２８の出力が制限される。これにより、現状のコンバータ能力低下状態において可能な範囲内で、ホイールモータ２８によるパワーアシストシステムを継続して作動させることができる。また、運転席のインジケータが表示され、これにより運転者に異常発生が伝えられる。
【００４４】
なお、上記の異常検出は、アシストシステムの立上げ（図２、Ｓ１０３）の際のコンバータ起動時にのみ行われてもよい。また、走行制御中のコンバータ起動の度に行われてもよい。
【００４５】
以上の処理により、コンバータ異常の発生を確実に検出できる。特に、本実施形態のように２つ以上のコンバータが並列に設けられている場合にも、コンバータ異常の検出ができる。
【００４６】
さらに、上記の処理では、電圧傾きを利用することにより、コンバータ起動時の初期電圧がどのような状態にあっても、コンバータ異常が発生したか否かを判定できるという利点がある。
【００４７】
なお、上記の処理では、予め作成され記憶されている電圧傾きマップを用いて基準電圧傾きが取得された。これに対し、システムＥＣＵ３２は、適当な関数を用いた演算により基準電圧傾きを求めてもよい。この点は、下記の他の検出処理においても同様である。
【００４８】
［異常検出処理２］
上記の異常検出処理１では、電圧傾きを用いてコンバータ異常が検出された。異常検出処理２では、所定の判定期間の前後の出力電圧の差（電圧変化量）を用いてコンバータ異常を検出する。この電圧変化量は、判定期間における電圧変化の速さの平均と対応するものである。従って、検出処理２も、電圧変化の速さに基づいて異常検出を行うという点では、上記の検出処理１と同等である。
【００４９】
図６および図７を参照して異常検出処理２の原理を説明する。図６および図７は、コンバータが正常なときの出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの上昇カーブを示している。コンバータが時点Ｔ０で起動した後、出力電圧が立ち上がる。ここでは、コンバータ起動時点Ｔ０を判定開始時点とする。
【００５０】
図６の例では、コンバータ起動時点Ｔ０の初期電圧Ｖ０は０である。コンバータが正常であれば、予め定められた判定期間Ｐの経過後（Ｔ１）には、出力電圧はＶ２に達し、そして、判定期間の前後の出力電圧差はＶ２−Ｖ０になるはずである。この電圧差Ｖ２−Ｖ０を基準電圧差ΔＶＢＡＳＥとする。時点Ｔ０と時点Ｔ１で実際に検出された出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの差分ΔＶを求める。検出値の差分ΔＶを上記の基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと比較して、両者が大きく異なっていれば、コンバータ異常が発生していると判定する。
【００５１】
図７の例では、コンバータ起動時にキャパシタ２４に電力が残っており、初期電圧が０ではない。このような場合も、図６の例と同様にしてコンバータ異常を検出できる。ただし、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを図６の例とは異なった値にする必要がある。
【００５２】
このように、初期電圧Ｖ０に応じて、判定期間Ｐの前後の電圧変化量が異なるので、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥも異なる。そこで、初期電圧Ｖ０と基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを関連づける基準電圧差マップを作成しておき、このマップをシステムＥＣＵ３２に記憶しておく。システムＥＣＵ３２は、基準電圧差マップを参照して、初期電圧Ｖ０から基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを求める。そして、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと電圧検出値を用いてコンバータ異常発生の有無を判定する。
【００５３】
図８には、異常検出処理２の処理が示されている。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ３００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ３０１）。ここで入力される電圧検出値ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１は、上記の初期電圧Ｖ０に相当する。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ３０２）、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２を入力する（Ｓ３０３）。
【００５４】
次に、システムＥＣＵ３２は、上記の２つの電圧検出値の差ΔＶ＝（ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２）−（ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１）を算出する（Ｓ３０４）。電圧差分ΔＶを基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと比較し、ΔＶが許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。ΔＶＢＡＳＥは上述のように基準電圧差マップから読みとられる。許容範囲は図６および図７に点線で示されている。電圧差ΔＶが、（Ｖ３−Ｖ０）と（Ｖ１−Ｖ０）の間に無ければ、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの少なくとも一方に異常が発生していると考えられるので、「異常処理」を行う（Ｓ３０６）。「異常処理」は、実施形態１と同様であり、モータ出力制限やインジケータ点灯である。
【００５５】
以上に異常検出処理２を説明した。なお、上記の処理では、判定開始時点、すなわち判定期間Ｐの開始時点は、コンバータ起動時点であった。しかし、判定開始時点は、コンバータ起動時より後の適当な時点であってもよい（検出処理３でも同様）。
【００５６】
［異常検出処理３］
上記の異常検出処理２では、所定期間の前後の出力電圧差を用いてコンバータ異常を検出している。これに対し、検出処理３では、所定期間の経過後の出力電圧検出値そのものを基準の出力電圧と比較する。処理の具体的内容は相違するが、異常検出の原理は検出処理２と同様である。すなわち、図６および図７において、初期電圧Ｖ０を基に、コンバータが正常であると仮定した場合の判定期間Ｐ経過後の出力電圧を求め、基準の出力電圧とする。この基準の出力電圧を実際の出力電圧検出値と比較することによって、コンバータ異常が発生したか否かを判定する。この検出処理を行うために、初期電圧と基準の出力電圧とを対応づける基準電圧マップを作成し、システムＥＣＵ３２に記憶しておく。
【００５７】
図９には、異常検出処理３の処理が示されている。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ４００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ４０１）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１とする。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ４０２）、再びコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ４０３）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２とする。
【００５８】
次に、システムＥＣＵ３２は、メモリ内に記憶している基準電圧マップを参照して、初期電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１に対応する基準電圧ＣＯ＿ＶＢＡＳＥを求める（Ｓ４０４）。さらに、検出された電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２と基準電圧ＣＯ＿ＶＢＡＳＥの差ΔＶＥが求められる（Ｓ４０５）。電圧誤差ΔＶＥが許容範囲内にあるか否かが判定され（Ｓ４０６）、許容範囲外であればコンバータ異常が発生していると判定される。ΔＶＥの許容範囲は、図６および図７に点線で示されている（（Ｖ３−Ｖ１）／２）。コンバータ異常が発生している場合、異常判定処理１、２と同様に「異常処理」が行われる（Ｓ４０７）。異常が発生していなければ処理を終了する。
【００５９】
上記の検出処理３では、判定期間経過後の電圧検出値そのものを基準値と比較しているので、処理が簡単であるという利点がある。この検出処理３は、図２のＳ１０３のシステム立上げの際と、Ｓ１０４の走行制御中のコンバータ起動の際とに行われる。特に、走行制御中は、システムＥＣＵ３２にはシステム全体を制御するための処理負担がかかっている。そのため、コンバータ異常検出処理を簡単にし、処理時間を極力短縮することが望まれる。この点で、検出処理３は、処理内容が簡単であり、処理時間が短くすむので有利である。
【００６０】
［実施形態２］
以下、本発明の好適な第２の実施形態を説明する。実施形態２では、時分割で複数のコンバータモジュールを順次個別に駆動することにより、どのコンバータモジュールに異常が発生しているのかをも特定する。
【００６１】
図１０は、実施形態２の車両駆動システムを示している。図１０において、図１と共通の構成要素には、図１と同一の符号が付されている。図１０のシステムでは、図１のシステムとの相違点として、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０が、３つのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂ，２２ｃから構成されている。これらのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂ，２２ｃは並列に接続されている。その他の構成については、実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【００６２】
図１１は、実施形態２の異常検出の原理を示している。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０を起動する際、まず、コンバータモジュール１（２２ａ）のみが時点Ｔ０から時点Ｔ１まで駆動される。時点Ｔ０から時点Ｔ１までの期間は、実施形態１における［異常検出処理２］の判定期間Ｐに相当する。時点Ｔ０および時点Ｔ１の出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの検出値を用いて、［異常検出処理２］の原理に基づいて、コンバータモジュール１が異常であるか否かが判定される。
【００６３】
ここでは、１個のコンバータモジュールに関して、判定開始時点の出力電圧と基準の電圧差とを対応づける基準電圧差マップを作成しておく。このマップを参照し、コンバータモジュール起動時点Ｔ０の出力電圧から基準の電圧差が求められる。そして、時点Ｔ１と時点Ｔ０の電圧検出値の差が、基準の電圧差と比較される。
【００６４】
次に、時点Ｔ２から時点Ｔ３まで、コンバータモジュール２（２２ｂ）のみを駆動する。そして、時点Ｔ２と時点Ｔ３の電圧検出値を基に、やはり［異常検出処理２］が実行される。ここでは、時点Ｔ２の出力電圧Ｖ１０に基づいて基準電圧差が求められる。同様にして、時点Ｔ４から時点Ｔ５までコンバータモジュール３（２２ｃ）のみを駆動して、コンバータモジュール３が異常であるか否かを判定する。
【００６５】
なお、実施形態１で説明したように、システムＥＣＵ３２は、コンバータアセンブリ２０を構成する各コンバータモジュールに個別に制御信号を出力し、個別に動作させることが可能に構成されている。この機能を利用して、システムＥＣＵ３２は、本発明の時分割駆動制御手段として機能し、上記のようにコンバータの駆動を時系列で分割する。
【００６６】
上記の異常検出処理は、図１２に示すように、コンバータ起動の前にキャパシタ２４に電気エネルギが残っている状況でも同様に実行できる。各コンバータモジュールの起動時の電圧に基づいて基準の電圧差を求めればよい。
【００６７】
図１３は、実施形態２の異常検出処理を示している。システムＥＣＵ３２は、まず、コンバータモジュール１を起動し（Ｓ５００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ５０１）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１とする。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ５０２）、再びコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ５０３）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿２とする。システムＥＣＵ３２は、コンバータモジュール１を停止し（Ｓ５０４）、判定期間の前後の電圧検出値の差ΔＶ１＝（ＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿２）−（ＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１）を算出する（Ｓ５０５）。検出された電圧差ΔＶ１を基準電圧差ΔＶＢＡＳＥ１と比較し、ΔＶが許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ５０６）。ΔＶＢＡＳＥ１は、上述のように基準電圧差マップを参照して求められる。すなわち、図８、Ｓ３０１で求められたＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１に対応する基準電圧差がマップから読みとられる。
【００６８】
ΔＶ１が許容範囲内になければ「異常処理」を行う（Ｓ５０７）。ここでは、他のコンバータの異常判定結果を待ってから具体的な対処を行うため、システムＥＣＵ３２のメモリに異常発生が記録される。
【００６９】
Ｓ５０７の異常処理の後、あるいは、Ｓ５０６で異常なしと判定された場合、Ｓ５０８へ進み、システムＥＣＵ３２は、コンバータモジュール２を起動する。上記のＳ５０４からＳ５０８の期間は、図１０および図１１の時点Ｔ１〜時点Ｔ２の期間に相当し、この期間は出力電圧が上昇しない。
【００７０】
Ｓ５０８でコンバータモジュール２を起動した後は、モジュール１に対して行ったＳ５０１〜Ｓ５０７と同様の処理が行われる。すなわち、コンバータ起動時の出力電圧が入力される。モジュール１の停止時の出力電圧をモジュール２の起動時の出力電圧として使ってもよい。さらに判定期間の経過後に出力電圧検出値が入力される。２つの出力電圧検出値の差が基準の電圧差と比較され、コンバータ異常の有無が判定される。異常があれば、その旨がシステムＥＣＵ３２に記録される。次に、コンバータモジュール３が起動され、同様の処理により、異常の有無が判定される。コンバータモジュール２、３についての処理は、モジュール１の処理と同様であるので、図１３では省略されている。
【００７１】
なお、コンバータモジュール３についての処理では、判定期間Ｐが経過して図１１の時点Ｔ５になっても、コンバータを停止する必要はない。３つのコンバータモジュールが正常であれば、システムＥＣＵ３２は、他のコンバータモジュール１，２を起動する。これにより、さらなるキャパシタ２４の充電が行われる。充電は、出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ（すなわちキャパシタ２４の電圧）が目標値に達するまで継続される。
【００７２】
３つのコンバータモジュールの少なくとも１つに異常が発生したことが検出された場合、システムＥＣＵ３２は、図１３の処理の後に、最終的な「異常処理」を行う。ここでは、異常なコンバータモジュールの使用が禁止される。システムＥＣＵ３２は、正常なコンバータモジュールのみを駆動して、キャパシタ２４の充電を行う。コンバータ全体の能力が低下するのに対応して、ホイールモータ２８の出力を制限する。これにより、現状のコンバータ能力の許容できる範囲内で、パワーアシストシステムを継続して動作させることができる。なお、すべてのコンバータモジュールに異常が発生している場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０の使用が禁止され、ホイールモータ２８は使用せずに、エンジン１０のみを用いて車両が駆動される。
【００７３】
また、システムＥＣＵ３２は、「異常処理」の一環として、運転席のインジケータを点灯して「異常発生」を運転者に伝える。運転者が車両を整備工場等に運び込むと、作業員は、システムＥＣＵ３２にアクセスして、コンバータに異常が発生したことと、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを知ることができる。この作業は、システムＥＣＵ３２との通信が可能な適当なコンピュータ端末を用いて行うことが可能である。また、作業者が車内の機器に対して所定の操作を行ったときに、異常についての情報が車内のディスプレイに表示されるように構成してもよい。作業者は、異常なコンバータモジュールを容易に特定できるので、モジュール交換、修理等を的確かつ迅速に行うことができる。
【００７４】
以上、実施形態２の異常検出処理について説明した。本実施形態では、各コンバータモジュールを駆動したときに［異常検出処理２］が行われた。これに対し、実施形態１の［異常検出処理１］または［異常検出処理２］を使っても同様にコンバータ異常を検出できる。前者の場合には、コンバータ駆動中の適当なタイミングで出力電圧の傾きが求められ、基準の電圧傾きと比較される。また、後者の場合には、各コンバータモジュールの駆動終了時点の出力電圧検出値が基準の出力電圧と比較される。
【００７５】
また、実施形態２の異常検出処理は、ある程度の時間を要するので、図２、Ｓ１０３のシステム立上げ処理の一部として行うことが好適である。走行制御中にコンバータを起動するときは、実施形態１の処理によりコンバータ異常を検出する。このような検出処理の使い分けにより、処理時間はかかるが異常コンバータを特定できる判定処理はシステム立上げの際に行っておき、走行中は短時間に終わる簡単な判定処理を行うことができる。従って、走行制御には影響を与えることなく、異常コンバータを特定する実施形態２の検出機能を駆動システムに組み込むことができる。
【００７６】
なお、本発明は、上記の実施形態のシステムには限定されず、他のシステムにも同様に本発明が適用される。また、車両駆動システム以外のシステムに設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出にも、同様に本発明を適用できる。
【００７７】
また、本実施形態に好適に適用可能なＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば、以下のようなものである。ただし、本発明は、下記に例示するＤＣ／ＤＣコンバータを適用したシステムには限定されない。
【００７８】
また、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータには、周知のフライバックコンバータやフォワードコンバータ、その他の適当なコンバータを適用すればよい。そのようなコンバータを使って、周期の方法に従って、補機バッテリ側からキャパシタ側への昇圧駆動が行われる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、出力電圧の変化の速さを利用することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したことを確実に検出できる。本発明によれば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に接続されている場合でも、コンバータ異常を確実に検出できる。さらに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを時系列で分割して駆動することにより、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかをも特定でき、的確な異常対応処理をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のホイールモータ付き車両駆動システムを示す図である。
【図２】図１のシステムの全体処理を示すフローチャートである。
【図３】図１のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの起動時の出力電圧の上昇カーブとともに、コンバータ異常検出処理の原理を示す図である。
【図４】図１のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの起動時の出力電圧の上昇カーブとともに、コンバータ異常検出処理の原理を示す図である。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理１を示すフローチャートである。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２の原理を示す図である。
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２の原理を示す図である。
【図８】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２を示すフローチャートである。
【図９】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理３を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態のホイールモータ付き車両駆動システムを示す図である。
【図１１】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理の原理を示す図である。
【図１２】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理の原理を示す図である。
【図１３】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図１４】従来のホイールモータ付き車両駆動システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ エンジン、１６ フロントホイール、１８ 補機バッテリ、１９ オルタネータ、２０ ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータモジュール、２４ キャパシタ、２６ インバータ、２８ホイールモータ、３０ リアホイール、３２ システムＥＣＵ、３４ 電圧センサ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置及び方法に関する。この異常検出装置は、例えば、エンジンとアシストモータによって車両の推進力を発生する車両駆動システムに好適に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、低公害などの観点から電気自動車が注目されている。電気自動車の一種に、ホイールモータ付き車両がある。図１４は、ホイールモータ付き車両の構成の一例を示している。エンジン１００の出力によりフロントホイール１０２が駆動される。補機バッテリ１０４は、エンジン出力で駆動されるオルタネータにより充電され、エンジン点火系等に電力を供給するものである。その他に、補機バッテリ１０４の直流電圧はＤＣ／ＤＣコンバータ１０６にて昇圧され、昇圧側で電力がキャパシタ１０８に一時的に蓄えられる。そして、キャパシタ１０８からインバータを介して左右のホイールモータ１１０に電力が供給される。ホイールモータ１１０のステータは車体側に、ロータはホイール側に固定されており、ホイールモータ１１０の出力でリアホイール１１２が駆動される。
【０００３】
図１４のシステムでは、エンジン１００が車両の主推進力を発生し、ホイールモータ１１０はアシスト推進力を発生する。例えば、雪道の上り坂など、路面の摩擦係数が低く、フロントホイール１０２がスリップしやすい状況においても、アシスト推進力を利用したリアホイール１１２の駆動により、車両が安定して走行する。また、車両の減速時には、ホイールモータ１１０の回生制動で得られた電力がキャパシタ１０８に蓄えられ、この電力を使ってホイールモータ１１０が駆動される。このようにして、車両の運動性能を向上し、また、エネルギ効率の向上を図ることができる。さらに、モータをホイールに直接に取り付けたことにより、（１）ドライブシャフト等の伝達系部品およびそのためのスペースを省略でき、伝達損失も少なくなる；（２）１つのモータの駆動力を左右輪に分配するのではなく、左右のホイールに独立して駆動力を与えられるので、従って、左右の駆動力を独立して制御することができ、これにより高い運動性能が得られる；といった利点が得られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１４のような車両駆動システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生すると、システムの正常な動作も困難になる。そこで、ＤＣ／ＤＣコンバータに何らかの異常が発生したことを検出し、異常発生に的確に対処する必要がある。コンバータ異常は、例えば内部の断線であり、また例えば、トランジスタやダイオードを内蔵している場合におけるそれらの要素の故障である。
【０００５】
参考技術として、特開平９−２８４９９４号公報に記載の過電圧保護回路では、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の大きさを所定の基準電圧と比較することによってコンバータ異常を検出することが提案されている。
【０００６】
上記公報では、ＤＣ／ＤＣコンバータをコンピュータ等に備え、定常的に一定の出力電圧を得るために用いることが前提になっている。コンバータが正常であれば、一定電圧を出力し続けるはずである。従って、検出された出力電圧の大きさを監視するだけで、容易にコンバータ異常が発生したか否かを判断できる。
【０００７】
しかしながら、図１４のようなシステムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、キャパシタの充電に用いられる。充電は、運転の開始時や、キャパシタの電力をモータ駆動に消費した後に行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータの起動によって充電が開始され、出力電圧が立ち上がる。コンバータの出力電圧はキャパシタの両端電圧と同等であり、目標の出力電圧が得られるとコンバータが停止される。このような用途にコンバータを使う場合、コンバータの出力電圧は一定ではなく、変化していく。そのため、従来のように出力電圧の大きさだけを監視していてもコンバータの異常を検出することは困難である。そこで、このような場合にもコンバータ異常の発生を確実に検出可能にすることが望まれる。
【０００８】
さらに、図１４のようなシステムでは、キャパシタの電力をモータ駆動のために消費した後、次のモータ駆動に備えて急速にキャパシタを充電することが望ましい。そのためには、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続し、全体で一つのＤＣ／ＤＣコンバータとして機能させることが効果的である。以下、このような構成における並列接続された各ＤＣ／ＤＣコンバータを「ＤＣ／ＤＣコンバータモジュール」という。しかしながら、並列接続された複数のコンバータモジュールの一部が故障した場合には、電力変換は可能であるものの電力変換能力が低下するという事態が生じる。従って、出力電圧の大きさだけを見ていても、コンバータ異常が発生したか否かが分からない。もちろん、一つ一つのコンバータモジュールに異常検出のためのセンサを取り付けることも考えられるが、構成の複雑化、コストの増大といった不利がある。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成でコンバータの異常発生を確実に検出できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、一つのＤＣ／ＤＣコンバータに複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に設けられている場合でも、コンバータ異常を確実に検出できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１１】
さらに本発明の他の目的は、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に設けられている場合に、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを特定できる異常検出装置および異常検出方法を提供することにある。
【００１２】
さらに本発明の他の目的は、上記の好適なコンバータ異常検出機能を備えた車両駆動システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の目的を達成するため、本発明は、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記出力電圧の検出値に基づいてコンバータ異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、を含み、前記異常判定手段は、前記出力電圧の検出値の変化の速さがコンバータ正常状態における出力電圧の変化の速さと異なるときに、コンバータ異常が発生したと判定することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、出力電圧の変化の速さを利用してコンバータ異常が検出される。コンバータが正常か異常かによって、出力電圧の変化の様子が異なり、電圧変化の速さが異なる。従って、コンバータが正常な状態と異なる速さで出力電圧が変化したか否かによって、コンバータ異常発生の有無を判定できる。
【００１５】
このように、本発明によれば、例えばＤＣ／ＤＣコンバータをキャパシタの充電に使う場合のように、出力電圧の大きさだけではコンバータ異常が分からないときでも、出力電圧の変化の速さを利用することにより、コンバータ異常を確実に検出することが可能となる。
【００１６】
なお、本発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを有する場合に好適に適用される。しかし、本発明はこのような構成には限定されず、ＤＣ／ＤＣコンバータが単独で設けられている場合にも本発明を同様に適用できる。
【００１７】
また、上記の本発明の異常検出手段は、出力電圧の変化の速さが適正であるか否かを判定するために、例えば下記の（２）〜（４）のいずれかの具体的構成を有することが好適である。
【００１８】
（２）本発明の一態様では、前記異常判定手段は、時間軸に対する出力電圧検出値の傾きを算出する傾き算出手段と、出力電圧検出値に基づいてコンバータ正常状態に対応する基準の電圧傾きを求める基準傾き取得手段と、を含み、電圧傾き算出値と基準の電圧傾きを比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。時間軸に対する電圧の傾きは、電圧変化速度に相当する。
【００１９】
（３）また別の一態様では、前記異常判定手段は、所定の判定期間の前後の出力電圧検出値の変化量を求める電圧変化算出手段と、前記判定期間の開始時点の出力電圧に基づいてコンバータ正常状態に対応する判定期間前後の基準の出力電圧変化量を求める基準電圧変化取得手段と、を含み、前記出力電圧検出値の変化量を前記基準の出力電圧変化量と比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。判定期間の前後の電圧変化量は、判定期間の平均の電圧変化速度（傾き）と対応するものである。
【００２０】
（４）また別の一態様では、前記異常判定手段は、所定の判定期間の開始時点の出力電圧に基づいてコンバータ正常状態に対応する前記判定期間の終了時点の基準の出力電圧を求める基準電圧取得手段を含み、前記判定期間の終了時点の出力電圧の検出値を前記基準の出力電圧と比較することによってコンバータ異常が発生したか否かを判定する。この態様では、判定期間の終了時点の出力電圧そのものを異常判定に用いているが、判定の原理は上記の（３）と実質的に同様である。
【００２１】
（５）本発明の好適な一態様において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、前記異常判定手段は、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが正常な状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化するときに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールのいずれかに異常が発生したと判定する。
【００２２】
この態様では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列接続されている。各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールは、通常のＤＣ／ＤＣコンバータとして機能できるものである。電圧検出手段は、全部のコンバータモジュールが集まった後の総合出力電圧を検出する。全部のコンバータモジュールが正常な場合と、一部のコンバータモジュールが異常な場合とでは、総合出力電圧の変化の速さが異なる。従って、総合出力電圧の変化の速さを利用してコンバータ異常の発生を検知できる。従来のように出力電圧の大きさだけを監視する場合、一部のコンバータモジュールに異常が発生しても電力変換は行われるので、コンバータ異常を確実に検知することは困難だった。本発明によれば、上記のように、一部のコンバータモジュールに異常が発生したことも確実に検知できる。各コンバータモジュールに個別に電圧センサを設ける必要がないので、構造が簡単であり、コスト低減が図れる。
【００２３】
（６）また、本発明の別の好適な一態様において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを時分割制御により順次個別に駆動する時分割駆動制御手段が設けられており、前記異常判定手段は、各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを駆動した際に、コンバータ正常状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化した場合に、そのときに駆動されたＤＣ／ＤＣコンバータモジュールに異常が発生したと判定する。
【００２４】
この態様では、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが時分割制御により順次個別に駆動される。各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを駆動するときに、総合出力電圧の電圧変化に基づいてコンバータ異常が発生したか否かが判定される。異常発生と判定された場合、そのときに駆動したＤＣ／ＤＣコンバータモジュールに異常が発生している。従って、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを特定することが可能となる。これにより、コンバータ異常に対してより適切な対応措置をとることができ、また、コンバータの修理等の作業を迅速かつ容易に行うこともできる。
【００２５】
（７）本発明の別の態様は、入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出方法であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧がコンバータ正常状態と異なる速さで変化したときにコンバータ異常が発生したと判定することを特徴とする。この態様によれば、上記の本発明の効果が異常検出方法というかたちで得られる。
【００２６】
（８）本発明の別の態様は、車両の主推進力を発生するエンジンと、車両のアシスト推進力を発生するアシストモータと、補機蓄電手段からの供給電力を前記アシストモータで要求される電圧の電力へ昇圧変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって昇圧された電力を一時的に蓄え、蓄えた電力を前記アシストモータへ供給するモータ用蓄電手段と、を含む車両駆動システムにおいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを起動して前記モータ用蓄電手段を充電するときに、コンバータ正常状態における速さと異なる速さで出力電圧が変化した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したと判定する異常判定手段と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
この態様によれば、車両駆動システムが、コンバータ起動の際の早い時期に、モータ用蓄電手段を充電するためのＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したことを確実に検知して、適切な対応措置をとることができる。例えば、アシストモータの使用が禁止される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータが複数の単位コンバータにより構成されている場合において、一部の単位コンバータが正常であれば、使用可能な単位コンバータを用いて、引き続きアシストモータを作動させることができる。
【００２８】
なお、例えば、アシストモータは、ホイールに取り付けられるホイールモータであり、補機蓄電手段は補機バッテリであり、モータ用蓄電手段はキャパシタまたはコンデンサである。好ましくは、本発明の異常判定手段の各構成は、適宜、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御装置に組み込まれる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。図１は、本実施形態の車両駆動システムの構成を示している。本発明の異常検出装置はこのシステムに設けられている。エンジン１０は内燃機関であり、車体のフロント部に搭載されており、変速機１２および車軸１４を介してフロントホイール１６に接続されている。エンジン１０の出力によりフロントホイール１６が駆動される。
【００３０】
電圧１２Ｖの補機バッテリ１８は、エンジン１０の出力で駆動されるオルタネータ１９の発電電力によって充電される。補機バッテリ１８は、エンジン点火系やその他の補機に電力を供給している。この補機バッテリ１８からＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０に直流電圧が入力され、コンバータで昇圧が行われる。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０は、並列接続された２つのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ、２２ｂを有する。ここで、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０が本発明のＤＣ／ＤＣコンバータに相当する。各コンバータモジュールは、周知の構成を有するものでよい。以下、適宜、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０またはＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂを単にコンバータという。
【００３１】
コンバータアセンブリ２０から出力された直流電圧はキャパシタ２４に印可され、これによりキャパシタ２４が充電される。キャパシタ２４は、ホイールモータ２８を駆動する電力を一時的に蓄えるために設けられている。キャパシタ２４の代わりに電界コンデンサを設けることも好適である。キャパシタ２４に蓄えられた電力は、左右のインバータ２６を介して左右のホイールモータ２８に供給される。インバータ２６は、複数のスイッチング素子を有し、キャパシタ２４から送られる直流電流を交流電流に変換する。ホイールモータ２８は、例えば３相交流式のＰＭ同期モータである。ホイールモータ２８のステータは車両側に固定され、ロータはリアホイール３０に固定されている。従って、ホイールモータ２８の出力によりリアホイール３０が駆動される。
【００３２】
システムＥＣＵ３２は、ホイールモータ２８による図１のパワーアシストシステムを制御している。システムＥＣＵ３２は、ホイールモータ２８、補機バッテリ１８およびエンジン１０を含む各種の構成要素およびそれらの要素に設けられたセンサから入力される信号に基づいて動作する。システムＥＣＵ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０に制御信号を出力して、昇圧動作を行わせる。ここで、システムＥＣＵ３２は、コンバータアセンブリ２０を構成する各コンバータモジュールに個別に制御信号を出力し、個別に動作させることが可能に構成されている。従って、一方のコンバータのみを起動し、電力変換を行わせることもできる。
【００３３】
また、システムＥＣＵ３２は、インバータ２６のスイッチング動作を制御する信号を生成し、出力する。ホイールモータ２８に所望のトルクを発生させる交流電流を生成するためのスイッチング信号が生成される。また、車両の減速時には、ホイールモータ２８に回生制動を行わせるスイッチング信号が生成される。回生制動により発電された電力は、キャパシタ２４に充電される。また、エンジン１０は、図示しないエンジンＥＣＵにより制御されているが、このエンジンＥＣＵもシステムＥＣＵ３２に一体化されてもよい。
【００３４】
さらに、システムＥＣＵ３２は、本発明の異常判定手段として機能する。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０の出力側には、電圧センサ３４が設けられている。この電圧センサ３４の検出信号がシステムＥＣＵ３２に入力され、ＥＣＵ３２にてコンバータアセンブリ２０の出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴが求められる。システムＥＣＵ３２は、後述するように、この出力電圧を利用してコンバータ異常を検出する。上記の出力電圧は、２つのコンバータモジュール２２ａ、２２ｂが集まった後の部分での電圧（総合出力電圧）である。また、上記出力電圧は、キャパシタ２４の両端の電圧でもある。
【００３５】
図２は、本実施形態の車両駆動システムの全体的な制御を示している。イグニッションスイッチ（図示せず）がオンになると（Ｓ１００）、システムＥＣＵ３２が立ち上げられ（Ｓ１０１）、エンジン始動制御が行われる（Ｓ１０２）。エンジンが始動すると、アシストシステム、すなわち、ホイールモータ２８に関連するシステムが立ち上げられ（Ｓ１０３）、走行制御が行われる（Ｓ１０４）。走行制御中は、エンジン１０が車両の主推進力を発生し、ホイールモータ２８はアシスト推進力を発生する。路面がすべりやすい状況などでは、リアホイール３０の駆動力を利用することにより、車両の運動性能が高められる。そして、イグニッションスイッチがオフになったか否かが判断される（Ｓ１０５）。イグニッションがオフでなければ走行制御が継続され、イグニッションがオフであれば、全体処理は終了する。
【００３６】
図２の処理において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、まずＳ１０３のアシストシステム立上げステップで駆動される。ホイールモータ２８を駆動するのに十分な電気エネルギをキャパシタ２４に蓄える必要がある。そこで、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ（＝キャパシタ両端電圧）が予め定めた目標値に達するまで充電が行われる。前述のように、コンバータ出力電圧は電圧センサ３４により検出される。また、走行制御中、キャパシタ２４の電力をモータ駆動のために消費した後、次にホイールモータ２６を駆動するときに備えてキャパシタ２４を充電しておく必要がある。このときもＤＣ／ＤＣコンバータが駆動される。ここでも、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴが目標に達するまでコンバータ駆動が行われる。なお、本実施形態で２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂを設けているのは、短時間でキャパシタ２４を充電するためである。
【００３７】
次に、本実施形態のコンバータ異常検出について説明する。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータがキャパシタ２４の充電に使われているので、コンバータの起動後、時間の経過とともに出力電圧が大きくなる。図３には、２個のコンバータモジュールを駆動した場合と、１個のコンバータモジュールのみを駆動した場合の電圧上昇カーブが示されている。図３から明らかなように、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの一方が故障した場合でも、出力電圧は時間の経過とともに上昇する。従って、出力電圧の大きさのみを監視していても、コンバータ異常が発生したか否かが分からない。
【００３８】
しかしながら、図３に示されるように、正常なコンバータモジュールの数によって、出力電圧が上昇する速さは異なっている。従って、出力電圧の上昇の速さを利用してコンバータ異常を検出することができる。すなわち、検出された出力電圧変化をコンバータ正常状態における基準の電圧変化と比較することによって、コンバータ異常が発生したか否かを判定できる。本実施形態では、具体的には下記の異常判定処理１〜３のいずれかによってコンバータ異常を検出する。
【００３９】
［異常検出処理１］
ここでは、出力電圧の変化の速さを表すパラメータとして、時間軸に対する出力電圧の傾き（電圧変化速度）を利用する。図３から明らかなように、時間の経過に伴って、出力電圧が大きくなるとともに電圧傾きが小さくなる。出力電圧と電圧傾きは一対一で対応する。そして、出力電圧の大きさが同じでも、正常なコンバータモジュールの数に応じて電圧傾きが異なる。そこで、２つのコンバータモジュールが正常な場合における出力電圧と電圧傾きとの関係を表す電圧傾きマップ（テーブルなどでもよい、以下同じ）を作成しておく。このマップには、電圧傾きの許容範囲が示される。図４は電圧傾きマップの一例を示しており、このマップはシステムＥＣＵ３２に記憶されている。システムＥＣＵ３２は、検出された出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴから電圧傾きを求め、この傾きが図４に点線で示される許容範囲から外れると、コンバータ異常が発生したと判断する。
【００４０】
図５は、電圧傾きを利用した異常検出処理を示すフローチャートである。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ２００）、電圧計測回数をＮ回にセットする（Ｓ２０１）。そして、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴを入力し（Ｓ２０２）、計測回数Ｎから１を引く（Ｓ２０３）。そして、タイマ処理を行って所定のタイマ時間が経過するのを待ち（Ｓ２０４）、計測回数Ｎが０回になったか否かを判定する（Ｓ２０５）。Ｎ＝０でなければ、Ｓ２０２に戻る。このようにして、タイマ時間おきにＮ個の電圧検出値が得られる。
【００４１】
次に、システムＥＣＵ３２は、Ｎ個の電圧検出値から電圧傾きＣＯ＿ΔＶを算出する（Ｓ２０６）。ここでは、１回目と２回目に得られた電圧検出値の差をタイマ時間で割ることによって、一の電圧傾きが算出される。同様に、２回目と３回目、３回目と４回目のデータからも電圧傾きが算出される。このようにしてＮ−１個の傾き算出値が得られると、これらの傾きの平均が算出される。この平均値が最終的な電圧傾きＣＯ＿ΔＶである。
【００４２】
また、システムＥＣＵ３２は、基準電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥを算出する（Ｓ２０７）。まず、上記のＮ個の電圧検出値ＣＯ＿ＶＤＥＴの平均が算出される。そして、図４の電圧傾きマップが参照され、平均電圧値に対応する電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥが求められる。
【００４３】
次に、電圧傾きＣＯ＿ΔＶと基準電圧傾きＣＯ＿ΔＶＢＡＳＥとの差ΔＣＯが算出される（Ｓ２０８）。そして、この傾き偏差ΔＣＯが許容範囲の外であるか否かが判定される（Ｓ２０９）。許容範囲は図４に点線で示されている。傾き偏差ΔＣＯが許容範囲内であれば、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂが正常に作動していると考えられるので、異常検出処理を終了する。傾き偏差ΔＣＯが許容範囲外であれば、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの少なくとも一方に異常が発生していると考えられるので、「異常処理」を行う（Ｓ２１０）。コンバータ異常は、例えば内部の断線であり、また例えば、トランジスタやダイオードを内蔵している場合におけるそれらの要素の故障である。「異常処理」では、ホイールモータ２８の出力が制限される。これにより、現状のコンバータ能力低下状態において可能な範囲内で、ホイールモータ２８によるパワーアシストシステムを継続して作動させることができる。また、運転席のインジケータが表示され、これにより運転者に異常発生が伝えられる。
【００４４】
なお、上記の異常検出は、アシストシステムの立上げ（図２、Ｓ１０３）の際のコンバータ起動時にのみ行われてもよい。また、走行制御中のコンバータ起動の度に行われてもよい。
【００４５】
以上の処理により、コンバータ異常の発生を確実に検出できる。特に、本実施形態のように２つ以上のコンバータが並列に設けられている場合にも、コンバータ異常の検出ができる。
【００４６】
さらに、上記の処理では、電圧傾きを利用することにより、コンバータ起動時の初期電圧がどのような状態にあっても、コンバータ異常が発生したか否かを判定できるという利点がある。
【００４７】
なお、上記の処理では、予め作成され記憶されている電圧傾きマップを用いて基準電圧傾きが取得された。これに対し、システムＥＣＵ３２は、適当な関数を用いた演算により基準電圧傾きを求めてもよい。この点は、下記の他の検出処理においても同様である。
【００４８】
［異常検出処理２］
上記の異常検出処理１では、電圧傾きを用いてコンバータ異常が検出された。異常検出処理２では、所定の判定期間の前後の出力電圧の差（電圧変化量）を用いてコンバータ異常を検出する。この電圧変化量は、判定期間における電圧変化の速さの平均と対応するものである。従って、検出処理２も、電圧変化の速さに基づいて異常検出を行うという点では、上記の検出処理１と同等である。
【００４９】
図６および図７を参照して異常検出処理２の原理を説明する。図６および図７は、コンバータが正常なときの出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの上昇カーブを示している。コンバータが時点Ｔ０で起動した後、出力電圧が立ち上がる。ここでは、コンバータ起動時点Ｔ０を判定開始時点とする。
【００５０】
図６の例では、コンバータ起動時点Ｔ０の初期電圧Ｖ０は０である。コンバータが正常であれば、予め定められた判定期間Ｐの経過後（Ｔ１）には、出力電圧はＶ２に達し、そして、判定期間の前後の出力電圧差はＶ２−Ｖ０になるはずである。この電圧差Ｖ２−Ｖ０を基準電圧差ΔＶＢＡＳＥとする。時点Ｔ０と時点Ｔ１で実際に検出された出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの差分ΔＶを求める。検出値の差分ΔＶを上記の基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと比較して、両者が大きく異なっていれば、コンバータ異常が発生していると判定する。
【００５１】
図７の例では、コンバータ起動時にキャパシタ２４に電力が残っており、初期電圧が０ではない。このような場合も、図６の例と同様にしてコンバータ異常を検出できる。ただし、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを図６の例とは異なった値にする必要がある。
【００５２】
このように、初期電圧Ｖ０に応じて、判定期間Ｐの前後の電圧変化量が異なるので、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥも異なる。そこで、初期電圧Ｖ０と基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを関連づける基準電圧差マップを作成しておき、このマップをシステムＥＣＵ３２に記憶しておく。システムＥＣＵ３２は、基準電圧差マップを参照して、初期電圧Ｖ０から基準電圧差ΔＶＢＡＳＥを求める。そして、基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと電圧検出値を用いてコンバータ異常発生の有無を判定する。
【００５３】
図８には、異常検出処理２の処理が示されている。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ３００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ３０１）。ここで入力される電圧検出値ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１は、上記の初期電圧Ｖ０に相当する。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ３０２）、コンバータ出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２を入力する（Ｓ３０３）。
【００５４】
次に、システムＥＣＵ３２は、上記の２つの電圧検出値の差ΔＶ＝（ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２）−（ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１）を算出する（Ｓ３０４）。電圧差分ΔＶを基準電圧差ΔＶＢＡＳＥと比較し、ΔＶが許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ３０５）。ΔＶＢＡＳＥは上述のように基準電圧差マップから読みとられる。許容範囲は図６および図７に点線で示されている。電圧差ΔＶが、（Ｖ３−Ｖ０）と（Ｖ１−Ｖ０）の間に無ければ、２つのコンバータモジュール２２ａ，２２ｂの少なくとも一方に異常が発生していると考えられるので、「異常処理」を行う（Ｓ３０６）。「異常処理」は、実施形態１と同様であり、モータ出力制限やインジケータ点灯である。
【００５５】
以上に異常検出処理２を説明した。なお、上記の処理では、判定開始時点、すなわち判定期間Ｐの開始時点は、コンバータ起動時点であった。しかし、判定開始時点は、コンバータ起動時より後の適当な時点であってもよい（検出処理３でも同様）。
【００５６】
［異常検出処理３］
上記の異常検出処理２では、所定期間の前後の出力電圧差を用いてコンバータ異常を検出している。これに対し、検出処理３では、所定期間の経過後の出力電圧検出値そのものを基準の出力電圧と比較する。処理の具体的内容は相違するが、異常検出の原理は検出処理２と同様である。すなわち、図６および図７において、初期電圧Ｖ０を基に、コンバータが正常であると仮定した場合の判定期間Ｐ経過後の出力電圧を求め、基準の出力電圧とする。この基準の出力電圧を実際の出力電圧検出値と比較することによって、コンバータ異常が発生したか否かを判定する。この検出処理を行うために、初期電圧と基準の出力電圧とを対応づける基準電圧マップを作成し、システムＥＣＵ３２に記憶しておく。
【００５７】
図９には、異常検出処理３の処理が示されている。システムＥＣＵ３２は、コンバータの起動を行うとき（Ｓ４００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ４０１）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１とする。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ４０２）、再びコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ４０３）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２とする。
【００５８】
次に、システムＥＣＵ３２は、メモリ内に記憶している基準電圧マップを参照して、初期電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿１に対応する基準電圧ＣＯ＿ＶＢＡＳＥを求める（Ｓ４０４）。さらに、検出された電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ＿２と基準電圧ＣＯ＿ＶＢＡＳＥの差ΔＶＥが求められる（Ｓ４０５）。電圧誤差ΔＶＥが許容範囲内にあるか否かが判定され（Ｓ４０６）、許容範囲外であればコンバータ異常が発生していると判定される。ΔＶＥの許容範囲は、図６および図７に点線で示されている（（Ｖ３−Ｖ１）／２）。コンバータ異常が発生している場合、異常判定処理１、２と同様に「異常処理」が行われる（Ｓ４０７）。異常が発生していなければ処理を終了する。
【００５９】
上記の検出処理３では、判定期間経過後の電圧検出値そのものを基準値と比較しているので、処理が簡単であるという利点がある。この検出処理３は、図２のＳ１０３のシステム立上げの際と、Ｓ１０４の走行制御中のコンバータ起動の際とに行われる。特に、走行制御中は、システムＥＣＵ３２にはシステム全体を制御するための処理負担がかかっている。そのため、コンバータ異常検出処理を簡単にし、処理時間を極力短縮することが望まれる。この点で、検出処理３は、処理内容が簡単であり、処理時間が短くすむので有利である。
【００６０】
［実施形態２］
以下、本発明の好適な第２の実施形態を説明する。実施形態２では、時分割で複数のコンバータモジュールを順次個別に駆動することにより、どのコンバータモジュールに異常が発生しているのかをも特定する。
【００６１】
図１０は、実施形態２の車両駆動システムを示している。図１０において、図１と共通の構成要素には、図１と同一の符号が付されている。図１０のシステムでは、図１のシステムとの相違点として、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０が、３つのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂ，２２ｃから構成されている。これらのＤＣ／ＤＣコンバータモジュール２２ａ，２２ｂ，２２ｃは並列に接続されている。その他の構成については、実施形態１と同様であり、説明を省略する。
【００６２】
図１１は、実施形態２の異常検出の原理を示している。ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０を起動する際、まず、コンバータモジュール１（２２ａ）のみが時点Ｔ０から時点Ｔ１まで駆動される。時点Ｔ０から時点Ｔ１までの期間は、実施形態１における［異常検出処理２］の判定期間Ｐに相当する。時点Ｔ０および時点Ｔ１の出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴの検出値を用いて、［異常検出処理２］の原理に基づいて、コンバータモジュール１が異常であるか否かが判定される。
【００６３】
ここでは、１個のコンバータモジュールに関して、判定開始時点の出力電圧と基準の電圧差とを対応づける基準電圧差マップを作成しておく。このマップを参照し、コンバータモジュール起動時点Ｔ０の出力電圧から基準の電圧差が求められる。そして、時点Ｔ１と時点Ｔ０の電圧検出値の差が、基準の電圧差と比較される。
【００６４】
次に、時点Ｔ２から時点Ｔ３まで、コンバータモジュール２（２２ｂ）のみを駆動する。そして、時点Ｔ２と時点Ｔ３の電圧検出値を基に、やはり［異常検出処理２］が実行される。ここでは、時点Ｔ２の出力電圧Ｖ１０に基づいて基準電圧差が求められる。同様にして、時点Ｔ４から時点Ｔ５までコンバータモジュール３（２２ｃ）のみを駆動して、コンバータモジュール３が異常であるか否かを判定する。
【００６５】
なお、実施形態１で説明したように、システムＥＣＵ３２は、コンバータアセンブリ２０を構成する各コンバータモジュールに個別に制御信号を出力し、個別に動作させることが可能に構成されている。この機能を利用して、システムＥＣＵ３２は、本発明の時分割駆動制御手段として機能し、上記のようにコンバータの駆動を時系列で分割する。
【００６６】
上記の異常検出処理は、図１２に示すように、コンバータ起動の前にキャパシタ２４に電気エネルギが残っている状況でも同様に実行できる。各コンバータモジュールの起動時の電圧に基づいて基準の電圧差を求めればよい。
【００６７】
図１３は、実施形態２の異常検出処理を示している。システムＥＣＵ３２は、まず、コンバータモジュール１を起動し（Ｓ５００）、電圧センサ３４からコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ５０１）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１とする。次に、システムＥＣＵ３２は、タイマ処理を行って所定の判定期間Ｐが経過するのを待ち（Ｓ５０２）、再びコンバータ出力電圧を入力する（Ｓ５０３）。このときの電圧検出値をＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿２とする。システムＥＣＵ３２は、コンバータモジュール１を停止し（Ｓ５０４）、判定期間の前後の電圧検出値の差ΔＶ１＝（ＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿２）−（ＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１）を算出する（Ｓ５０５）。検出された電圧差ΔＶ１を基準電圧差ΔＶＢＡＳＥ１と比較し、ΔＶが許容範囲内であるか否かを判定する（Ｓ５０６）。ΔＶＢＡＳＥ１は、上述のように基準電圧差マップを参照して求められる。すなわち、図８、Ｓ３０１で求められたＣＯ＿ＶＤＥＴ１＿１に対応する基準電圧差がマップから読みとられる。
【００６８】
ΔＶ１が許容範囲内になければ「異常処理」を行う（Ｓ５０７）。ここでは、他のコンバータの異常判定結果を待ってから具体的な対処を行うため、システムＥＣＵ３２のメモリに異常発生が記録される。
【００６９】
Ｓ５０７の異常処理の後、あるいは、Ｓ５０６で異常なしと判定された場合、Ｓ５０８へ進み、システムＥＣＵ３２は、コンバータモジュール２を起動する。上記のＳ５０４からＳ５０８の期間は、図１０および図１１の時点Ｔ１〜時点Ｔ２の期間に相当し、この期間は出力電圧が上昇しない。
【００７０】
Ｓ５０８でコンバータモジュール２を起動した後は、モジュール１に対して行ったＳ５０１〜Ｓ５０７と同様の処理が行われる。すなわち、コンバータ起動時の出力電圧が入力される。モジュール１の停止時の出力電圧をモジュール２の起動時の出力電圧として使ってもよい。さらに判定期間の経過後に出力電圧検出値が入力される。２つの出力電圧検出値の差が基準の電圧差と比較され、コンバータ異常の有無が判定される。異常があれば、その旨がシステムＥＣＵ３２に記録される。次に、コンバータモジュール３が起動され、同様の処理により、異常の有無が判定される。コンバータモジュール２、３についての処理は、モジュール１の処理と同様であるので、図１３では省略されている。
【００７１】
なお、コンバータモジュール３についての処理では、判定期間Ｐが経過して図１１の時点Ｔ５になっても、コンバータを停止する必要はない。３つのコンバータモジュールが正常であれば、システムＥＣＵ３２は、他のコンバータモジュール１，２を起動する。これにより、さらなるキャパシタ２４の充電が行われる。充電は、出力電圧ＣＯ＿ＶＤＥＴ（すなわちキャパシタ２４の電圧）が目標値に達するまで継続される。
【００７２】
３つのコンバータモジュールの少なくとも１つに異常が発生したことが検出された場合、システムＥＣＵ３２は、図１３の処理の後に、最終的な「異常処理」を行う。ここでは、異常なコンバータモジュールの使用が禁止される。システムＥＣＵ３２は、正常なコンバータモジュールのみを駆動して、キャパシタ２４の充電を行う。コンバータ全体の能力が低下するのに対応して、ホイールモータ２８の出力を制限する。これにより、現状のコンバータ能力の許容できる範囲内で、パワーアシストシステムを継続して動作させることができる。なお、すべてのコンバータモジュールに異常が発生している場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ２０の使用が禁止され、ホイールモータ２８は使用せずに、エンジン１０のみを用いて車両が駆動される。
【００７３】
また、システムＥＣＵ３２は、「異常処理」の一環として、運転席のインジケータを点灯して「異常発生」を運転者に伝える。運転者が車両を整備工場等に運び込むと、作業員は、システムＥＣＵ３２にアクセスして、コンバータに異常が発生したことと、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかを知ることができる。この作業は、システムＥＣＵ３２との通信が可能な適当なコンピュータ端末を用いて行うことが可能である。また、作業者が車内の機器に対して所定の操作を行ったときに、異常についての情報が車内のディスプレイに表示されるように構成してもよい。作業者は、異常なコンバータモジュールを容易に特定できるので、モジュール交換、修理等を的確かつ迅速に行うことができる。
【００７４】
以上、実施形態２の異常検出処理について説明した。本実施形態では、各コンバータモジュールを駆動したときに［異常検出処理２］が行われた。これに対し、実施形態１の［異常検出処理１］または［異常検出処理２］を使っても同様にコンバータ異常を検出できる。前者の場合には、コンバータ駆動中の適当なタイミングで出力電圧の傾きが求められ、基準の電圧傾きと比較される。また、後者の場合には、各コンバータモジュールの駆動終了時点の出力電圧検出値が基準の出力電圧と比較される。
【００７５】
また、実施形態２の異常検出処理は、ある程度の時間を要するので、図２、Ｓ１０３のシステム立上げ処理の一部として行うことが好適である。走行制御中にコンバータを起動するときは、実施形態１の処理によりコンバータ異常を検出する。このような検出処理の使い分けにより、処理時間はかかるが異常コンバータを特定できる判定処理はシステム立上げの際に行っておき、走行中は短時間に終わる簡単な判定処理を行うことができる。従って、走行制御には影響を与えることなく、異常コンバータを特定する実施形態２の検出機能を駆動システムに組み込むことができる。
【００７６】
なお、本発明は、上記の実施形態のシステムには限定されず、他のシステムにも同様に本発明が適用される。また、車両駆動システム以外のシステムに設けられたＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出にも、同様に本発明を適用できる。
【００７７】
また、本実施形態に好適に適用可能なＤＣ／ＤＣコンバータは、例えば、以下のようなものである。ただし、本発明は、下記に例示するＤＣ／ＤＣコンバータを適用したシステムには限定されない。
【００７８】
また、本実施形態のＤＣ／ＤＣコンバータには、周知のフライバックコンバータやフォワードコンバータ、その他の適当なコンバータを適用すればよい。そのようなコンバータを使って、周期の方法に従って、補機バッテリ側からキャパシタ側への昇圧駆動が行われる。
【００７９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、出力電圧の変化の速さを利用することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータに異常が発生したことを確実に検出できる。本発明によれば、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが並列に接続されている場合でも、コンバータ異常を確実に検出できる。さらに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを時系列で分割して駆動することにより、どのコンバータモジュールに異常が発生したのかをも特定でき、的確な異常対応処理をとることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のホイールモータ付き車両駆動システムを示す図である。
【図２】図１のシステムの全体処理を示すフローチャートである。
【図３】図１のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの起動時の出力電圧の上昇カーブとともに、コンバータ異常検出処理の原理を示す図である。
【図４】図１のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの起動時の出力電圧の上昇カーブとともに、コンバータ異常検出処理の原理を示す図である。
【図５】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理１を示すフローチャートである。
【図６】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２の原理を示す図である。
【図７】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２の原理を示す図である。
【図８】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理２を示すフローチャートである。
【図９】ＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理３を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態のホイールモータ付き車両駆動システムを示す図である。
【図１１】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理の原理を示す図である。
【図１２】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理の原理を示す図である。
【図１３】図１０のシステムのＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出処理を示すフローチャートである。
【図１４】従来のホイールモータ付き車両駆動システムの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ エンジン、１６ フロントホイール、１８ 補機バッテリ、１９ オルタネータ、２０ ＤＣ／ＤＣコンバータアセンブリ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ＤＣ／ＤＣコンバータモジュール、２４ キャパシタ、２６ インバータ、２８ホイールモータ、３０ リアホイール、３２ システムＥＣＵ、３４ 電圧センサ。
Claims (2)
- 入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力電圧の検出値に基づいてコンバータ異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、
を含み、前記異常判定手段は、前記出力電圧の検出値の変化の速さがコンバータ正常状態における出力電圧の変化の速さと異なるときに、コンバータ異常が発生したと判定し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、
前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、
前記異常判定手段は、すべてのＤＣ／ＤＣコンバータモジュールが正常な状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化するときに、複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールのいずれかに異常が発生したと判定することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置。 - 入力される直流電圧を異なる直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記出力電圧の検出値に基づいてコンバータ異常が発生したか否かを判定する異常判定手段と、
を含み、前記異常判定手段は、前記出力電圧の検出値の変化の速さがコンバータ正常状態における出力電圧の変化の速さと異なるときに、コンバータ異常が発生したと判定し、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、コンバータの入力端および出力端の間に並列に設けられた複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを含み、
前記電圧検出手段が検出する前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧は、前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールの総合出力電圧であり、
前記複数のＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを時分割制御により順次個別に駆動する時分割駆動制御手段が設けられており、
前記異常判定手段は、各ＤＣ／ＤＣコンバータモジュールを駆動した際に、コンバータ正常状態における速さと異なる速さで前記総合出力電圧が変化した場合に、そのときに駆動されたＤＣ／ＤＣコンバータモジュールに異常が発生したと判定することを特徴とするＤＣ／ＤＣコンバータの異常検出装置。
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