JP4902514B2 - 車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気自動車やエンジンを併用するハイブリッドカーに使用して好適な車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法に関する。

高効率化や保守性改善のために、エンジンを動力源として発電機を駆動し、その発電電力を用いてモータで推進力を得る車両電気駆動システムが実施されている。このような電気駆動システムにおいては、駆動時には発電機で発生した電気エネルギーを電動機に供給して運動エネルギーとしているが、制動時には、この電動機を発電機として動作させて、そこから発生する電気エネルギーを抵抗器で消費することで制動力を得る、いわゆる電気ブレーキが用いられている。

この電気ブレーキについては、複数の抵抗器を設けることで信頼性を上げる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の発明によれば、複数ある抵抗器のうちの１本が断線した場合にも、ブレーキ力は多少弱まるものの、全制動力が失われることがないことが示されている。
特開２００６−２３００８４号公報

上述の特許文献１では、抵抗器のうちの１本が断線した場合にも全制動力が失われることがないものであるが、もし抵抗器が断線した場合にはそのことを検出することも重要である。そこで、抵抗器の断線を検出する手段としては、例えば図５に示すような回路が考えられる。

すなわち図５には、車両電気駆動システム全体の構成を示す。この図５において、エンジン１によって、主発電機２が駆動される。主発電機２の出力は、整流器３と平滑用のコンデンサ４で直流に変換され、インバータ５の入力になる。インバータ５は、直流を交流に変換し、交流電動機６を駆動する。交流電動機６の出力はギア７を介して車輪８に伝えられ、車両の推進力となる。また、整流器３の出力には、スイッチ９ａ、９ｂと抵抗器１０ａ、１０ｂの直列回路が並列に設けられる。

そして制動時には、交流電動機６を発電機として働かせる。また、インバータ５を順変換器として動作させて交流電力を直流に変換する。なおインバータ５は、例えば図５中に示すように、正負の電源ライン間に直列に設けられた２個のスイッチング素子と、それぞれのスイッチング素子に並列に設けられた逆方向のダイオードとからなる。これにより、交流電動機６の駆動時には、スイッチング素子を交互にオンオフすることにより直流を交流に変換する。

これに対して交流電動機６の発電時には、インバータ５の上側のダイオード及びオン時の下側のスイッチング素子を通じて交流電力を直流に変換し還流する。さらに、スイッチ９ａ、９ｂをオンにして、変換された直流電力を並列に接続された２つの抵抗器１０ａ、１０ｂで消費する。これにより、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して制動をかける。このとき、抵抗器１０ａ、１０ｂは並列に接続されているので、どちらか一方が断線故障した場合でも、半分の制動力を維持することが可能である。

このような車両電気駆動システムにおいて、さらに抵抗器の断線を検出する手段としては、図５中に示すように、スイッチ９ａ、９ｂに流れる電流を検出する電流検出器１１ａ、１１ｂを設ける。そして、検出された電流値をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３ａ、１３ｂに供給して低周波成分を取り出し、この低周波成分を基準電圧発生機器１７ａ、１７ｂからの基準電圧を比較器１８ａ、１８ｂで比較し、比較出力とスイッチ９ａ、９ｂがオンしていることを示す信号１９ａ、１９ｂとをアンド論理２０ａ、２０ｂに供給する。

このようにして、アンド論理２０ａ、２０ｂから抵抗器１０ａ、１０ｂに電流が流れていることを検出することで、抵抗器断線検出回路２１ａ、２１ｂが形成される。さらに、これらの抵抗器断線検出回路２１ａ、２１ｂの検出出力をＯＲ論理２２に供給して、抵抗器１０ａ、１０ｂの一方でも断線したときに、抵抗器断線検出信号を取り出す。これによって、上述の車両電気駆動システムにおいて、抵抗器１０ａ、１０ｂの断線を検出することができる。

ところが上述の構成では、抵抗器１０ａ、１０ｂ…の並列数が増えた場合に、抵抗器の数だけ電流検出器を設置しなければならず、回路規模が極めて大きくなって、回路の設置スペースや経済性などの問題が生じる。また、上述したように抵抗器の断線は、その数が少数である内は支障がなく、ある程度の割合となったときからが問題となる。ただし、支障が生じる以前に抵抗器の断線の発生を把握しておくことは、支障の発生を未然に防止するなどの目的で重要である。

この発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであって、本発明の目的は、抵抗器の並列数が増えた場合にも回路規模を大きくすることなく、良好に抵抗器の断線の発生が検出できるようにして、常に安定な車両駆動を行うことのできる装置を提供するものである。

このため本発明においては、制動時には電動機を発電機として動作させ、その発電出力をスイッチを介して抵抗器に供給してエネルギーを消費させることで制動力を得るようにした車両駆動装置において、スイッチに流れる電流の検出値と、電動機を駆動する直流電圧の検出値と、スイッチのオン状態とにより抵抗器の抵抗値を算出するようにしたものであって、これによれば、良好に抵抗器の断線の発生を検出することができる。

本発明の車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法によれば、抵抗器の並列数が増えた場合にも回路規模を大きくすることなく、良好に抵抗器の断線の発生を検出して、常に安定な車両駆動を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態例について説明する。
図１は、本発明による車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法を適用した車両電気駆動システムの実施形態例の構成を示すブロック図である。なお、図１において、上述した図５と共通する部分には同一の符号を附してある。

図１において、エンジン１によって、主発電機２が駆動される。主発電機２の出力は、整流器３と平滑用のコンデンサ４で直流に変換され、インバータ５の入力になる。インバータ５は、直流を交流に変換し、交流電動機６を駆動する。交流電動機６の出力はギア７を介して車輪８に伝えられ、車両の推進力となる。また、整流器３の出力には、スイッチ９を介して並列に接続された抵抗器１０ａ、１０ｂが設けられる。

そして制動時には、交流電動機６を発電機として働かせる。また、インバータ５を順変換器として動作させて交流電力を直流に変換する。さらに、スイッチ９をオンにして、変換された直流電力を並列に接続された２つの抵抗器１０ａ、１０ｂで消費する。これにより、運動エネルギーを熱エネルギーに変換して制動をかける。このとき、抵抗器１０ａ、１０ｂは並列に接続されているので、どちらか一方が断線故障した場合でも、半分の制動力を維持することが可能である。

このような車両電気駆動システムにおいて、さらに抵抗器の断線を検出する手段としては、図１中に示すように、スイッチ９に流れる電流を検出する電流検出器１１を設ける。また、コンデンサ４の両端電圧（以下、この電圧を「主回路ＤＣＶ」と称する）を検出する電圧検出器１２を設ける。そして、電流検出器１１で検出された電流値をローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３に供給して低周波成分を取り出し、電圧検出器１２によって検出された信号を、ローパスフィルタ１３の出力信号によって除算器１４で除算する。

さらに除算器１４の出力に対して、スイッチ９のオンデューティを検出した値１６を乗算器１５で乗算する。この乗算器１５の出力は、基準電圧発生器１７が発生する基準電圧と比較器１８で比較される。これにより比較器１８からは、乗算器１５の出力が基準電圧発生器１７が発生する基準電圧よりも小さくなると正論理が出力される。この比較出力とスイッチ９がオンしていることを示す信号１９とがアンド論理２０に供給され、入力の論理積が出力される。この出力が成立したときに抵抗器断線検出と判定する。

図２には、電流検出器１１の出力信号（Ａ）とローパスフィルタ１３の出力信号（Ｂ）の関係を示す。主回路ＤＣＶをＶdc、抵抗器１０ａ、１０ｂの一つ当りの抵抗値をＲとすると、スイッチ９がオンしている期間に流れる電流は、２・(Ｖdc／Ｒ)となる。一方、スイッチ９は周期Ｔでオンオフを繰り返し、１回のオン期間をＴonとするとオンデューティＤonは
Ｄon＝Ｔon／Ｔ
となる。

また、ローパスフィルタ１３の出力信号をＩaveとすると
Ｉave＝２・(Ｖdc／Ｒ)・Ｄon
で計算される。したがって、除算器１４、乗算器１５を通過した信号をＲculとすると、
Ｒcul＝(Ｖdc／Ｉave)・Ｄon
＝(Ｖdc・Ｄon)／{２・(Ｖdc／Ｒ)・Ｄon}
＝Ｒ／２
となる。

ここで、もし抵抗器１０ａまたは１０ｂのどちらか一方が断線故障したとすると、ローパスフィルタ１３の出力信号Ｉaveは、
Ｉave＝(Ｖdc／Ｒ)・Ｄon
と正常時の半分になり、乗算器１５の出力信号Ｒculは
Ｒcul＝Ｒ
となる。したがって、基準電圧発生器１７の電圧値をＲ／２とＲの間に相当する値に設定しておくことで、抵抗器１０ａまたは１０ｂの断線を検出することができる。

すなわち、上述の構成で、正常状態では乗算器１５の出力信号は基準電圧発生器１７の電圧値より低く、比較器１８からは負論理が出力され、アンド論理２０からも負論理が出力される。それに対して、抵抗器１０ａまたは１０ｂのどちらか一方が断線故障すると、乗算器１５の出力信号が基準電圧発生器１７の電圧値より高くなり、比較器１８からは正論理が出力され、スイッチ９のオン期間にアンド論理２０から正論理が出力される。

このようにして、アンド論理２０から正論理が出力されたときに、抵抗器１０ａまたは１０ｂのどちらか一方の断線を検出することができる。なお、実際の回路においては、抵抗器１０ａと１０ｂの両方が断線した場合に、除算器１４の演算で除数が零の状態になるので、これを避けるためにはローパスフィルタ１３の出力の下限が０よりわずかに大きい値で制限されるような工夫が必要である。

ところで上述の実施形態例では抵抗器を２本としたが、抵抗器が３本以上の場合には、さらに多くの情報を形成することができる。すなわち、例えば抵抗器が３本の場合には、全てが正常の場合の乗算器１５を通過した信号は、Ｒcul＝Ｒ／３となり、１本断線するとＲcul＝Ｒ／２となり、２本断線するとＲcul＝Ｒとなる。

そこで図３に示すように、乗算器１５を通過した信号に対して比較器１８ａ、１８ｂを設ける。そして、例えば図４に示すような基準電圧発生器１７からのＲ／２とＲの間に相当する電圧値Ａと、さらにこの電圧値Ａを抵抗分割等によりＲ／３とＲ／２の間に相当する値とした電圧値Ｂと比較する。これによって、例えば１本断線のときは注意表示とし、２本断線になると警告表示を行うなどの処理を行うことができる。

すなわち、図３において乗算器１５からの信号が比較器１８ａ、１８ｂに供給される。この比較器１８ａの比較入力には基準電圧発生器１７からの電圧値Ａが供給され、比較器１８ｂの比較入力には、基準電圧発生器１７からの電圧値Ａを抵抗器２３ａ、２３ｂで分圧した電圧値Ｂが供給される。そして比較器１８ａの比較出力と、スイッチ９がオンしていることを示す信号１９とがアンド論理２０ａに供給され、論理積の出力が警告表示を行う表示器２４ａに供給される。

また、比較器１８ｂの比較出力と、比較器１８ａの比較出力をインバータ論理２５ａで反転した信号と、スイッチ９がオンしていることを示す信号１９とがアンド論理２０ｂに供給され、論理積の出力が注意表示を行う表示器２４ｂに供給される。さらに、比較器１８ｂの比較出力をインバータ論理２５ｂで反転した信号と、スイッチ９がオンしていることを示す信号１９とがアンド論理２０ｃに供給され、論理積の出力が正常表示を行う表示器２４ｃに供給される。

これによって、抵抗器が３本設けられている場合に、１本断線のときは注意表示とし、２本断線になると警告表示を行うなどの処理を行うことができる。さらに、ｎ本の抵抗器が設けられているときは、乗算器１５を通過した信号をＲ／ｎ、Ｒ／(ｎ−１)・・・と比較することによって、それぞれ断線した抵抗器の本数に応じた出力を得ることができる。そこで、任意の第１の本数までは注意表示とし、任意の第２の本数になると警告表示を行うなどの処理を行うこともできる。

こうして、本発明の車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法によれば、制動時には電動機を発電機として動作させ、その発電出力をスイッチを介して抵抗器に供給してエネルギーを消費させる際に、スイッチに流れる電流の検出値と、電動機を駆動する直流電圧の検出値と、スイッチのオン状態とにより抵抗器の抵抗値を算出することで、複数の抵抗部品の断線を検知する。これにより、抵抗器の並列数が増えた場合にも回路規模を大きくすることなく、良好に抵抗器の断線の発生が検出できるようにして、常に安定な車両駆動を行うことのできる装置を実現するものである。

なお本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能とされるものである。

本発明による車両駆動装置及び車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法を適用した車両電気駆動システムの実施形態例の構成を示すブロック図である。 その動作の説明のための信号波形図である。 本発明の他の実施形態例の要部の構成を示すブロック図である。 その説明のための図である。 従来の車両電気駆動システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…エンジン、２…主発電機、３…整流器、４…平滑用のコンデンサ、５…インバータ、６…交流電動機、７…ギア、８…車輪、９…スイッチ、１０ａ，１０ｂ…抵抗器、１１…電流検出器、１２…電圧検出器、１３…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１４…除算器、１５…乗算器、１６…オンデューティを検出した値、１７…基準電圧発生器、１８…比較器、１９…スイッチ９がオンしていることを示す信号、２０…アンド論理

Claims (12)

1. 直流電圧を用いて電動機を駆動することで推進力を得ると共に、制動時には前記電動機を発電機として動作させ、その発電出力をスイッチを介して抵抗器に供給してエネルギーを消費させることで制動力を得るようにした車両駆動装置であって、
   前記抵抗器を複数の抵抗部品の並列接続により構成し、
   前記スイッチに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動機を駆動する直流電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記検出された電流値、直流電圧値及び前記スイッチのオン状態により前記抵抗器の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
   前記算出された抵抗値を判別して前記複数の抵抗部品の断線を検知する断線検知手段と、を設ける
   ことを特徴とする車両駆動装置。
2. 請求項１記載の車両駆動装置において、
   前記スイッチに流れる電流の検出値の出力をローパスフィルタにより低周波分のみの信号とし、この信号により前記電動機を駆動する直流電圧の検出値を除して、その結果に前記スイッチのオンデューティを乗じることで前記抵抗器の抵抗値を算出する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
3. 請求項２記載の車両駆動装置において、
   前記抵抗器をｎ（ｎは２以上の整数）本の抵抗部品の並列接続により構成したときは、前記算出された抵抗値を前記抵抗部品の単体の抵抗値のｎ分の１の抵抗値、(ｎ−１)分の１の抵抗値・・・及び単体の抵抗値との間で判別して前記ｎ本の抵抗部品の内の任意の本数の断線を検知する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
4. 請求項３記載の車両駆動装置において、
   前記検知された情報を表示する手段を設けた
   ことを特徴とする車両駆動装置。
5. エンジンで発電機を駆動して、その発電出力を整流器で整流して、その直流出力をインバータで交流に変換して電動機を駆動し、その回転力をギア経由で車輪に接続するかまたは直接車輪に接続することで車輪の推進力を得ると共に、前記整流器に並列にスイッチと抵抗器の直列回路を設け、制動時には前記電動機を発電機として動作させ、前記インバータで発電機出力の交流を直流に変換し、その発電出力に応じて前記スイッチをオンして前記抵抗器でエネルギーを消費させることで制動力を得るようにした車両駆動装置であって、
   前記抵抗器を複数の抵抗部品の並列接続により構成し、
   前記スイッチに流れる電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動機を駆動する直流電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記検出された電流値、直流電圧値及び前記スイッチのオン状態により前記抵抗器の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
   前記算出された抵抗値を判別して前記複数の抵抗部品の断線を検知する断線検知手段と、を設ける
   ことを特徴とする車両駆動装置。
6. 請求項５記載の車両駆動装置において、
   前記スイッチに流れる電流の検出値の出力をローパスフィルタにより低周波分のみの信号とし、この信号により前記電動機を駆動する直流電圧の検出値を除して、その結果に前記スイッチのオンデューティを乗じることで前記抵抗器の抵抗値を算出する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
7. 請求項６記載の車両駆動装置において、
   前記抵抗器をｎ（ｎは２以上の整数）本の抵抗部品の並列接続により構成したときは、前記算出された抵抗値を前記抵抗部品の単体の抵抗値のｎ分の１の抵抗値、(ｎ−１)分の１の抵抗値・・・及び単体の抵抗値との間で判別して前記ｎ本の抵抗部品の内の任意の本数の断線を検知する
   ことを特徴とする車両駆動装置。
8. 請求項７記載の車両駆動装置において、
   前記検知された情報を表示する手段を設けた
   ことを特徴とする車両駆動装置。
9. 直流電圧を用いて電動機を駆動することで推進力を得ると共に、制動時には前記電動機を発電機として動作させ、その発電出力をスイッチを介して抵抗器に供給してエネルギーを消費させることで制動力を得るようにした車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法であって、
   前記抵抗器は複数の抵抗部品の並列接続からなり、
   前記スイッチに流れる電流の検出値と、前記電動機を駆動する直流電圧の検出値と、前記スイッチのオン状態とにより前記抵抗器の抵抗値を算出することで、前記複数の抵抗部品の断線を検知する
   ことを特徴とする車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法。
10. 請求項９記載の車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法において、
    前記スイッチに流れる電流の検出値の出力をローパスフィルタにより低周波分のみの信号とし、この信号により前記電動機を駆動する直流電圧の検出値を除して、その結果に前記スイッチのオンデューティを乗じることで前記抵抗器の抵抗値を算出する
    ことを特徴とする車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法。
11. 請求項１０記載の車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法において、
    前記抵抗器をｎ（ｎは２以上の整数）本の抵抗部品の並列接続により構成したときは、前記算出された抵抗値を前記抵抗部品の単体の抵抗値のｎ分の１の抵抗値、(ｎ−１)分の１の抵抗値・・・及び単体の抵抗値との間で判別して前記ｎ本の抵抗部品の内の任意の本数の断線を検知する
    ことを特徴とする車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法。
12. 請求項１１記載の車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法において、
    前記検知された情報を表示する
    ことを特徴とする車両駆動装置における抵抗器の断線検知方法。

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