JP3747836B2

JP3747836B2 - 電気自動車

Info

Publication number: JP3747836B2
Application number: JP2001326718A
Authority: JP
Inventors: 浩之早川; 真仁尾崎; 雅幸橋口
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003134601A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源として永久磁石式電動機を適用した電気自動車に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は一般的な電気自動車の回路構成を示す模式図である。図中１は車両駆動用の永久磁石式交流モータであって、このモータ１には、ヒューズ１１，抵抗１２，コンタクタ１３，コンデンサ１４及びパワーモジュール３等を介してメインバッテリ２から電力が供給されるようになっている。ここで、パワーモジュール３は直流電流を三相の交流電流に変換してモータ１に電力を供給する手段であって、例えば図５に示すように６個のトランジスタから構成されている。
【０００３】
このパワーモジュール３は、コントローラ４によりその作動が制御されるようになっており、コントローラ４では、レゾルバ１５からのモータ１の回転速度情報や図示しないアクセル開度情報等に基づきパワーモジュール３の各トランジスタをオンオフ制御（ＰＷＭ制御：パルス幅変調制御）することで、モータ１の回転速度（即ち、回転トルク）や回転方向を制御するようになっている。そして、モータ１が回転すると、モータ１の出力トルクが車軸を介して駆動輪Ｔに伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような永久磁石式モータ１では、高回転作動時に故障などでパワーモジュール３が常時オフとなってしまうと、モータ１が発電機として機能してしまうため、モータ１からの誘起電圧による過大な電流（回生電流）によりメインバッテリ２やパワーモジュール３やコンデンサ１４等が損傷するおそれがあった。
【０００５】
また、この回生電流の大きさに応じた分だけ車輪Ｔには負荷が生じることになり、結果的に車両に意図しない急制動が作用するというおそれがあった。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、パワーモジュール等のモータの作動を制御する手段が故障しても、確実にバッテリ等の電装品の損傷を防止するとともに、確実に急制動を回避できるようにした、電気自動車を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の電気自動車では、バッテリから電力を供給されて車輪を駆動する永久磁石式電動機をそなえた電気自動車において、故障判定手段により、電動機の作動を制御する制御手段の故障が判定されると、クラッチ制御手段によりクラッチが切断されて電動機と駆動系との連結が解除される。これにより、回生電流からバッテリを保護することができるとともに急制動を回避することができる。
【０００７】
なお、クラッチ切断は回転速度検出手段により検出された電動機の回転速度が所定値以上のときに行なう。つまり、電動機の回転速度が所定値未満の比較的低回転時には、クラッチが接続されたままでも大きな回生電流が生じず、急制動も生じないのでクラッチを接続したままとし、回生電流が大きく急制動が発生するような比較的高回転時に、クラッチを切断して確実にバッテリ保護と急制動の回避とを図ることができる。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明の電気自動車では、故障判定手段により制御手段の故障が判定されると、クラッチの切断とともにドライバに対して警告が発せられる。この警告は、例えば「ブレーキを踏んで下さい」という音声による警告であって、クラッチ切断後に車両の停止を促すことにより安全性が高められる。
また、請求項３記載の本発明の電気自動車では、故障判定時にドライバのブレーキ操作が検出されなければ、制動アクチュエータ制御手段から制動アクチュエータに対して制動指令信号が出力される。これにより、ドライバがブレーキを踏まなかった場合にも、車両を停止させることができ安全性がさらに向上する。
また、請求項４記載の本発明の電気自動車では、該故障判定時にドライバに対して警告発生後所定時間経過してもブレーキ操作が検出されなければ該制動アクチュエータ制御から該制動アクチュエータに対して制動指令信号が出力される。これにより、ドライバがブレーキを踏まなかった場合にも、車両を停止させることができ安全性がさらに向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる電気自動車について説明すると、図１はその要部構成を示す模式的な回路図、図２はその要部の機能に着目した模式的なブロック図、図３はその作用を説明するためのフローチャート、図４はパワーモジュールの故障判定手法を説明するための図である。
【００１０】
図１に示すように、この電気自動車には、モータ（電動機）１，メインバッテリ（バッテリ）２，パワーモジュール（制御手段）３及びコントローラ（ＥＣＵ）４等が搭載されている。
ここで、駆動源としてのモータ１は、永久磁石式の交流モータが適用されており、このモータ１には、ヒューズ１１，抵抗１２，コンタクタ１３，コンデンサ１４及びパワーモジュール３等を介してバッテリ２から電力が供給されるようになっている。
【００１１】
また、パワーモジュール３は、バッテリ２からの直流電流を三相の交流電流に変換するための手段であって、例えば図示するように６個のトランジスタそなえて構成されており、これらの複数のトランジスタをそれぞれ適宜切り換え制御することにより、バッテリ２からの直流電流が三相の交流電流に変換されるようになっている。
【００１２】
また、パワーモジュール３の各トランジスタは、コントローラ（又はＥＣＵ）４によりオンオフ制御（ＰＷＭ制御：パルス幅変調制御）されるようになっており、コントローラ４では、レゾルバ（回転速度検出手段）１５からのモータ１の回転速度情報や図示しないアクセル開度情報等に基づき各トランジスタに対する制御信号を出力するようになっている。
【００１３】
そして、このようにして各トランジスタを切り換え制御することにより、モータ１の回転速度（即ち、回転トルク）や回転方向の制御が実行されるようになっている。
また、図示するように、パワーモジュール３とモータ１との間には電流センサ１６ａ〜１６ｃが設けられており、これらの電流センサ１６ａ〜１６ｃで検出された電流値Ｉｓはコントローラ４に入力されるようになっている。そして、この電流値に基づいて、後述する故障判定手段４１（図２参照）によりパワーモジュール３の故障が判定されるようになっている。
【００１４】
また、モータ１と駆動輪Ｔとの間にはクラッチ機構５が介装されている。このクラッチ機構５は、モータ１と駆動輪Ｔとの間の駆動力伝達を断接するクラッチ５ａと、このクラッチ５ａを駆動するクラッチアクチュエータ５ｂとをそなえており、上述のコントローラ４に設けられたクラッチ制御手段４２（図２参照）からの制御信号に基づきクラッチアクチュエータ５ｂの作動が制御されるようになっている。なお、クラッチアクチュエータ５ｂは、例えば油圧シリンダ機構により構成されている。
【００１５】
また、この車両のブレーキ装置６には、いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤが適用されている。このブレーキ・バイ・ワイヤは、図１，図２に示すように、ドライバのブレーキペダルの踏み込みを検出するブレーキスイッチ又はブレーキセンサ（ブレーキ操作検出手段）６ａと、車両に制動力を付与するブレーキアクチュエータ（制動アクチュエータ）６ｂと、ブレーキスイッチ６ａによりブレーキペダルの踏み込み（ブレーキ操作）が検出されると上記ブレーキアクチュエータ６ｂを作動させるブレーキアクチュエータ制御手段（制動アクチュエータ制御手段）６ｃとをそなえて構成されている。
【００１６】
そして、通常はドライバがブレーキペダルを踏み込むと、このブレーキペダルの踏み込み量に応じた制動力が生じるように、ブレーキアクチュエータ６ｂによりブレーキオイルの圧力が高められるようになっている。なお、このようなブレーキ・バイ・ワイヤやブレーキアクチュエータ６ｂは公知の技術である。
次に、図２を用いて本発明の要部機能について説明すると、コントローラ４には、上述したブレーキアクチュエータ制御手段６ｃ，故障判定手段４１及びクラッチ制御手段４２等が設けられている。
【００１７】
故障判定手段４１は、上述したようにパワーモジュール３の故障を判定するものであって、この故障判定手段４１によりパワーモジュール３の故障が判定されると、車室内に設けられたインジケータ（警告灯）１７を点灯させてドライバにパワーモジュール３の故障を知らせるようになっている。
また、クラッチ制御手段４２は、故障判定手段４１によりパワーモジュール３の故障が判定されたときに、クラッチ機構５の作動を制御するものであって、レゾルバ１５からの情報に基づいてモータ１の回転速度が所定回転速度以上であると、クラッチアクチュエータ５ｂを作動させてクラッチ５ａを切断するようになっている。
【００１８】
これは、パワーモジュール３が故障して各トランジスタが常時オフとなってしまうと、モータ１の誘起電圧により過大な電流（回生電流）が発生してバッテリ２やパワーモジュール３やコンデンサ１４が損傷するおそれがあるほか、回生電流の大きさに応じた分だけ車輪Ｔに負荷が生じ、結果的に車両に意図しない急制動が作用するというおそれがあるからである。そこで、本発明では、パワーモジュール３が故障していると判定され、且つモータ１の回転速度が所定回転速度以上であると、モータ１と駆動輪Ｔとの間の駆動力伝達を断って、バッテリ２等の損傷を防止するとともに、急制動の発生を回避しているのである。
【００１９】
一方、モータ１の回転速度が比較的低い運転領域では、モータ１が発電機として機能しても発生する回生電流が小さく車両に作用する制動力も小さい。したがって、モータ１の回転速度が所定回転速度よりも小さい場合には、パワーモジュール３の故障時であっても上述のようなクラッチ５ａの切断を実行せず、クラッチ５ａを接続状態に保持するのである。なお、モータ１の所定回転速度とは、例えば予め実験的に求めた回転速度であって、パワーモジュール３の故障時にクラッチ５ａを接続したままであっても車両挙動に大きな影響を与えることなく、且つ、モータ１の誘起電圧によるパワーモジュール３等への影響も問題ない程度の回転速度である。
【００２０】
また、このようにしてクラッチ５ａが切断された場合には、車両の停止が検出されるまではクラッチ５ａを接続せずに切断状態が維持されるようになっている。
次に、パワーモジュール３の故障判定手法について簡単に説明する。
バッテリ２から出力される指示電流Ｉａを図４に示すようなフィードバック回路を用いてフィードバック制御すると、フィードバック後の指示電流Ｉｂとパワーモジュール３から出力される電流（検出電流）Ｉｓとの関係は下式により表すことができる。
【００２１】
Ｉｂ＝Ｉａ＋ｐａ・（Ｉａ−Ｉｓ）＋ｐｂ・∫（Ｉａ−Ｉｓ）ｄｔ
なお、上式におけるｐａ，ｐｂは、それぞれ本制御に適切な比例項及び積分項の係数である。
そして、上式により得られたフィードバック後の指示電流Ｉｂと、電流センサ１６ａ〜１６ｃで得られた検出電流Ｉｓとを監視することによりパワーモジュール３の故障を判定することができるのである。
【００２２】
なお、通常では考えられないような大電流が検出された場合にパワーモジュール３が故障したと判定するようにしてもよく、この場合には検出電流Ｉｂを監視するだけで故障判定を行なうことができる。また、パワーモジュール３の故障判定手法についてはその他の種々の手法を適用してもよい。
ところで、パワーモジュール３の故障時にクラッチ５ａが切断されると車両は惰性走行状態となるので、この場合には安全性を考慮してブレーキ操作を促すような音声案内が行なわれるようになっている。
【００２３】
また、上述のような音声案内を行なった後、所定時間経過してもブレーキペダル操作が検出されなければ（即ち、ブレーキ操作が検出されなければ）、ブレーキアクチュエータ制御手段６ｃから制動指令信号が出力されてブレーキアクチュエータ６ｂの作動が制御されるようになっている。また、この場合には、車両に作用する制動力がエンジンブレーキ相当の弱回生制動力となるように、ブレーキアクチュエータ６ｂの作動が制御されるようになっている。
【００２４】
本発明の一実施形態にかかる電気自動車は上述のように構成されているので、例えば図３に示すようなフローチャートに基づき制御が行なわれる。
まず、ステップＳ１において、パワーモジュール３の故障判定が行なわれる。ここで、パワーモジュール３が故障していなければそのままリターンし、パワーモジュール３が故障していると判定されると、ステップＳ２に進み、インジケータ１７を点灯させてドライバに警告する。
【００２５】
その後、ステップＳ３に進み、モータ１の回転速度が所定回転速度以上か否かが判定され、所定回転速度以上であればステップＳ４に進み、クラッチ５ａが切断される。また、モータ１の回転速度が所定回転速度未満であればそのままリターンする。
ステップＳ４でクラッチ５ａが切断されると、次にステップＳ５に進み、車両の停車を促すべく、ドライバに対して例えば「ブレーキを踏んでください。」等の音声案内が行なわれる。そして、その後ステップＳ６に進み、ステップＳ５の音声案内から所定時間以内にブレーキ操作が行なわれたか否か判定され、ブレーキ操作が行なわれていない場合には、ステップＳ７に進んで、ブレーキアクチュエータ６ｂを作動させて弱回生制動力程度の制動力を車両に付与する。
【００２６】
また、ステップＳ６で所定時間以内にブレーキ操作の実行が判定された場合、及び、ステップＳ７でブレーキアクチュエータ６ｂが作動した場合には、ステップＳ８に進み、車両の停止したか否かが車両が判定される。そして、車両が停車したと判定されるとステップＳ９に進み、クラッチ５ａを接続して一連の制御が終了する。
【００２７】
したがって、本発明の電気自動車によれば、パワーモジュール３の故障が判定されて、且つモータ１の回転速度が所定値以上であると判定されると、クラッチ制御手段４２によりクラッチ５ａが切断されてモータ１と駆動輪Ｔとの連結が解除されるので、回生電流からバッテリ２を保護することができる利点があるほか、急制動を回避することができるという利点がある。
【００２８】
また、モータ１の回転速度が所定値未満の場合にはクラッチ５ａを切断しないので、この場合には、エンジンの駆動力で走行するような一般的な車両のエンジンブレーキ相当の弱回生制動力が作用するので、車両を安全に減速させることができるという利点がある。
また、パワーモジュール３の故障判定時には、クラッチ５ａの切断とともにドライバに対して音声等により警告が発せられるので、車両の停止を促すことができ、意図しない惰性走行を回避することができる利点があるほか、安全性も向上するという利点がある。
【００２９】
さらには、故障判定時にドライバのブレーキ操作が検出されなければ、ブレーキアクチュエータ制御手段６ｃからブレーキアクチュエータ６ｂに対して制動指令信号が出力されて制動力が作用するので、ドライバがブレーキを踏まなかった場合にも、確実に惰性走行を回避できるとともに車両を停止させることができ、安全性がさらに向上するという利点がある。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、パワーモジュール３の故障が判定され、且つモータ１の回転速度が所定値以上であると判定されると、クラッチ５が切断されるように構成されているが、パワーモジュール３の故障が判定されるとモータ１の回転速度に関わらずクラッチ５ａを切断するようにしてもよく、この場合にも上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、この場合には、図３に示すフローチャートのステップＳ３は不要となる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤを適用した場合について説明したが、このようなブレーキ・バイ・ワイヤは特に設けなくてもよい。即ち、ブレーキアクチュエータを制御しうるブレーキアクチュエータ制御手段をそなえていれば、ブレーキ・バイ・ワイヤではない一般的なブレーキ装置を備えた車両に適用しても良い。また、上述以外の細部の構成についても特に限定されるものではない。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の電気自動車によれば、故障判定手段により、電動機の作動を制御する制御手段の故障が判定されると、クラッチ制御手段によりクラッチが切断されて電動機と駆動系との連結が解除されるので、回生電流からバッテリを保護することができるとともに急制動を回避することができる利点がある。
【００３３】
特に、上記クラッチ切断は電動機の回転速度が所定値以上のとき、換言すれば、回生電流が大きく急制動が発生するような場合にのみクラッチを切断するので、確実にバッテリ保護と急制動の回避とを図ることができる利点がある。また、電動機の回転速度が所定値未満の場合にはクラッチを切断しないので、この場合には車両に弱回生制動力相当の制動力が作用して、車両を安全に減速させることができる利点がある。
【００３４】
また、請求項２記載の本発明の電気自動車によれば、故障判定手段により制御手段の故障が判定されると、クラッチの切断とともにドライバに対して警告が発せられるので、ドライバに車両の停止を促すことができ、意図しない惰性走行を回避することができる。また、これにより安全性が向上するという利点がある。
また、請求項３及び４記載の本発明の電気自動車によれば、制御手段の故障判定時にドライバのブレーキ操作が検出されなければ、制動アクチュエータ制御手段から制動アクチュエータに対して制動指令信号が出力されるので、ドライバがブレーキを踏まなかった場合にも、確実に惰性走行を回避できるとともに車両を停止させることができ、安全性がさらに向上するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の要部構成を示す模式的な回路図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電気自動車のその要部の機能に着目した模式的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の作用を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態にかかる電気自動車のパワーモジュールの故障判定手法を説明するための図である。
【図５】一般的な電気自動車の回路構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１モータ（永久磁石式電動機）
２バッテリ
３パワーモジュール（制御手段）
４コントローラ
５クラッチ機構
５ａクラッチ
５ｂクラッチアクチュエータ
６ａブレーキスイッチ（ブレーキ操作検出手段）
６ｂブレーキアクチュエータ（制動アクチュエータ）
６ｃブレーキアクチュエータ制御手段（制動アクチュエータ制御手段）
１５レゾルバ（回転速度検出手段）
４１故障判定手段
４２クラッチ制御手段
Ｔ駆動輪（車輪）

Claims

バッテリから電力を供給されて車輪を駆動する永久磁石式電動機をそなえた電気自動車において、
該電動機と車両の駆動系との間に介装されたクラッチと、
該電動機の作動を制御する制御手段と、
該制御手段の故障を判定する故障判定手段と、
該電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
該故障判定手段により該制御手段の故障が判定され、該回転速度検出手段で検出された該電動機の回転速度が所定値以上であると、該クラッチを切断して該電動機と該駆動系との連結を解除するクラッチ制御手段とを有する
ことを特徴とする、電気自動車。
該故障判定手段により該制御手段の故障が判定されると、該クラッチの切断とともにドライバに対して警告を行なう
ことを特徴とする、請求項１記載の電気自動車。
ドライバのブレーキ操作の有無を検出するブレーキ操作検出手段と、
該ブレーキ操作検出手段により該ブレーキ操作が検出されると車両に制動力を与えるべく作動する制動アクチュエータと、
該制動アクチュエータの作動を制御する制動アクチュエータ制御手段とをそなえ、
該故障判定時に該ブレーキ操作が検出されなければ該制動アクチュエータ制御手段から該制動アクチュエータに対して制動指令信号が出力される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電気自動車。
ドライバのブレーキ操作の有無を検出するブレーキ操作検出手段と、
該ブレーキ操作検出手段により該ブレーキ操作が検出されると車両に制動力を与えるべく作動する制動アクチュエータと、
該制動アクチュエータの作動を制御する制動アクチュエータ制御手段とをそなえ、
該故障判定時にドライバに対して警告発生後所定時間経過しても該ブレーキ操作が検出されなければ該制動アクチュエータ制御から該制動アクチュエータに対して制動指令信号が出力される
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の電気自動車。