JP5434865B2

JP5434865B2 - 電気自動車

Info

Publication number: JP5434865B2
Application number: JP2010213983A
Authority: JP
Inventors: 裕達石垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: JP2012070561A

Description

本発明は、電気自動車に関し、詳しくは、左右の駆動輪に連結されたドライブシャフトに動力を入出力可能な電動機と、電動機を駆動するインバータと、インバータにリレーを介して接続された充放電可能なバッテリと、インバータの端子間の電圧を平滑する平滑コンデンサと、電動機の回転停止を検出する回転停止検出手段と、車両の衝突が生じ電動機の回転停止が検出されたときにリレーがオフの状態で電動機へのｄ軸電流により平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようインバータを制御する放電制御を実行する放電制御手段と、を備える電気自動車に関する。

従来、この種の電気自動車としては、左右の駆動輪に動力を出力するモータジェネレータと、モータジェネレータを駆動するインバータと、インバータに電力を供給するバッテリと、インバータに設けられた高電圧用の平滑コンデンサとを備え、車両の衝突が検知されたときには、制御によりパーキングロック状態としてから、モータジェネレータのゼロトルク制御（モータジェネレータからトルクを発生させることなくインバータを作動させる制御）を行なって平滑コンデンサに蓄えられた電荷を放電するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、上述の制御により、モータジェネレータの回転角センサなどの損傷のためにゼロトルク指令に反してモータジェネレータからトルクが出力されたとしても、車両が動くことのないようにしている。

特開２００６−１４１１５８号公報

上述の車両では、車両の衝突が検知されたときの平滑コンデンサの放電制御により車両が動くことのないように、モータジェネレータの回転停止を確認してから、モータジェネレータからトルクが出力されないようにモータジェネレータにｄ軸電流を流す制御を行なうことが考えられる。この場合、車両の衝突の仕方や程度によっては、衝突が検知されてもモータジェネレータの回転停止までに時間を要し、平滑コンデンサの電荷が放電されるのが遅れる場合が生じる。

本発明の電気自動車は、車両の衝突が生じたときに平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるのが遅れるのを抑制することを主目的とする。

本発明の電気自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電気自動車は、
左右の駆動輪に連結されたドライブシャフトに動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータにリレーを介して接続された充放電可能なバッテリと、前記インバータの端子間の電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記電動機の回転停止を検出する回転停止検出手段と、車両の衝突が生じ前記電動機の回転停止が検出されたときに前記リレーがオフの状態で前記電動機へのｄ軸電流により前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるよう前記インバータを制御する放電制御を実行する放電制御手段と、を備える電気自動車において、
前記ドライブシャフトが折損した状態であるか否かと前記左右の駆動輪が路面から浮いた状態であるか否かとを判定する状態判定手段
を備え、
前記放電制御手段は、前記車両の衝突が生じ前記電動機の回転停止が検出されないときでも、前記ドライブシャフトが折損した状態であるか又は前記左右の駆動輪が路面から浮いた状態であるかの少なくとも一方と判定されたときには、前記放電制御を実行する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明の電気自動車では、車両の衝突が生じ電動機の回転停止が検出されないときでも、ドライブシャフトが折損した状態であるか又は左右の駆動輪が路面から浮いた状態であるかの少なくとも一方と判定されたときには、リレーがオフの状態で電動機へのｄ軸電流により平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるようインバータを制御する放電制御を実行する。車両の衝突によりドライブシャフトが折損した状態や左右の駆動輪が路面から浮いた状態のときには、電動機の回転停止が車両の衝突時から遅れることがあるが、電動機からトルクが出力されても車両の移動は生じない。したがって、車両の衝突が検出されると共に電動機の回転停止が検出されないときでも、これらの状態の少なくとも一方であると判定されたときには放電制御を実行することにより、放電制御の実行開始が遅れる、即ち、平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるのが遅れるのを抑制することができる。

本発明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。モータ３２を含む電気系の構成の概略を示す構成図である。モータＥＣＵ３６により実行されるディスチャージ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明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り、図２はモータ３２を含む電気系の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、左右の駆動輪２６ａ，２６ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結されたドライブシャフト２２に回転子が接続された同期発電電動機としてのモータ３２と、モータ３２を駆動するためのインバータ３４と、二次電池として構成されたバッテリ４０と、バッテリ４０からの電力を昇圧してインバータ３４側（以下、高電圧系という）に供給したり高電圧系からの電力を降圧してバッテリ４０側（以下、低電圧系という）に供給する昇降圧コンバータ４２と、バッテリ４０と昇降圧コンバータ４２との接続および接続の解除を行なうシステムメインリレー４３と、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ３３からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータ３２に印加される相電流などのモータ３２やインバータ３４の状態を検出する種々のセンサからの信号，高電圧系の電圧を平滑するコンデンサ４４の電圧を検出する電圧センサ４５からの電圧ＶＨ，低電圧系の電圧を平滑するコンデンサ４６の電圧を検出する電圧センサ４７からの電圧ＶＬなどを入力すると共に、インバータ３４をスイッチング制御することによってモータ３２を駆動制御したり昇降圧コンバータ４２をスイッチング制御することによって昇降圧コンバータ４２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）３６と、左右の駆動輪に取り付けられた車輪速センサ２６ｃ，２６ｄからの左右の駆動輪速Ｖｌ，Ｖｒやバッテリ４０の状態を検出する種々のセンサからの信号，イグニッションスイッチ５１からのイグニッション信号，シフトレバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ５２からのシフトポジション，アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度，ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ５６からのブレーキポジション，車速センサ５７からの車速Ｖ，車体（例えば、車両前方の中央部や両側部など）に取り付けられた加速度センサ５８からの車両の加速度などを入力すると共にシステムメインリレー４３をオンオフ制御して車両全体をコントロールするメイン電子制御ユニット（以下、メインＥＣＵという）５０と、を備える。メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とは、いずれも図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポートおよび通信ポートを備える。また、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とは、それぞれの通信ポートを介して互いに接続されており、各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。なお、モータＥＣＵ３６は、回転位置検出センサ３３からの信号に基づいてモータ３２の回転数Ｎｍも演算している。

図２に示すように、インバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６とトランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６とにより構成されている。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、高電圧系の電力ライン４８の正極母線４８ａと負極母線４８ｂとに対してソース側とシンク側になるよう２個ずつペアで配置されており、対となるトランジスタ同士の接続点の各々にモータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。また、昇降圧コンバータ４２は、２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２とトランジスタＴ２１，Ｔ２２に逆方向に並列接続された２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２とリアクトルＬとにより構成されている。２つのトランジスタＴ２１，Ｔ２２は、それぞれ高電圧系の電力ライン４８の正極母線４８ａと負極母線４８ｂとに接続されており、その接続点にリアクトルＬが接続されている。リアクトルＬと負極母線４８ｂとにはそれぞれバッテリ４０の正極端子と負極端子とが接続されている。モータＥＣＵ３６は、前述したように、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６をスイッチングすることによってモータ３２を駆動制御し、昇降圧コンバータ４２のトランジスタＴ２１，Ｔ２２をスイッチングすることによって昇降圧コンバータ４２を駆動制御する。

実施例の電気自動車２０は、基本的には、メインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とによって実行される以下に説明する駆動制御によって走行する。メインＥＣＵ５０では、まず、アクセルペダルポジションセンサ５４からのアクセル開度と車速センサ５７からの車速とに応じて走行のためにドライブシャフト２２に要求される要求トルクを設定し、バッテリ４０を充放電することができる最大電力としての入出力制限の範囲内で要求トルクをモータ３２のトルク指令に設定し、設定したトルク指令をモータＥＣＵ３６に送信する。モータＥＣＵ３６では、モータ３２のトルク指令を受信すると、モータ３２の回転数Ｎｍと受信したトルク指令とに基づいてインバータ３４に印加すべき高電圧系の目標電圧を設定し、モータ３２が設定したトルク指令で駆動されるようインバータ３４をスイッチング制御すると共に、高電圧系の電圧ＶＨが設定された目標電圧になるよう昇降圧コンバータ４２をスイッチング制御する。実施例の電気自動車２０は、こうした制御により、バッテリ４０の入出力制限の範囲内でアクセル開度に応じた要求トルクをドライブシャフト２２に出力して走行する。

また、実施例の電気自動車２０は、衝突時に車両の安全性を高めるためにメインＥＣＵ５０とモータＥＣＵ３６とによって実行される以下に説明する制御を実行する。メインＥＣＵ５０では、例えば加速度センサ５８からの加速度が衝突判定用の閾値や図示しないエアバッグなどの安全装置を作動するための閾値を超えたときなどに車両の衝突が生じたと判定し、車両の衝突を判定するとシステムメインリレー４３をオフとしてバッテリ４０を車両の電気系から切り離すと共に車両の衝突が生じた旨を示す衝突信号（例えば、初期値としての値０に対して値１に設定された衝突判定フラグや放電要求フラグなど）をモータＥＣＵ３６に送信する。モータＥＣＵ３６は、衝突信号を受信すると、基本的には、昇降圧コンバータ４２を駆動停止すると共にインバータ３４を一旦駆動停止し、モータ３６の回転数Ｎｍの絶対値が回転停止と判定可能な値として予め定められた停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐ以下であると判定したときに、モータ３２にｄ軸方向への電流を流すことにより固定子のコイルが発熱するようインバータ３４のスイッチング制御を行なうことによって、高電圧系のコンデンサ４４および低電圧系のコンデンサ４６に蓄えられた電荷を放電する。モータ３２が回転停止しているときにはモータ３２にｄ軸電流が流れてもトルクは出力されないが、モータ３２が回転しているときにはモータ３２にｄ軸電流が流れるとドライブシャフト２２とデファレンシャルギヤ２４を介して駆動輪２６ａ，２６ｂにトルクが出力されて車両が移動することがある。コンデンサ４４，４６を放電する前にモータ３６の回転停止を待つのは、こうした車両の移動により運転者や乗員に違和感を与えないようにするためである。

次に、こうして構成された電気自動車２０の動作、特に車両の衝突が生じたときにコンデンサ４４，４６に蓄えられた電荷を放電（ディスチャージ）する際の動作について説明する。図３は、実施例のモータＥＣＵ３６により実行されるディスチャージ制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンはメインＥＣＵ５０から衝突信号を受信したときに実行される。

ディスチャージ制御ルーチンが実行されると、モータＥＣＵ３６の図示しないＣＰＵは、まず、昇降圧コンバータ４２を駆動停止すると共にインバータ３４を駆動停止し（ステップＳ１００）、回転位置検出センサ３３からの信号に基づいて演算されたモータ３２の回転数ＮｍをメインＥＣＵ５０から通信により入力し（ステップＳ１１０）、モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値を前述の停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐと比較する処理を実行する（ステップＳ１２０）。モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値が停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐ以下のときには、コンデンサ４４，４６を放電する制御によっても車両の移動は生じないと判断し、モータ３２にｄ軸電流が流れてコンデンサ４４，４６の電荷が放電されるようインバータ３４のスイッチング制御を行なって（ステップＳ１５０）、ディスチャージ制御ルーチンを終了する。

一方、モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値が停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐより大きいときには、コンデンサ４４，４６を放電する制御によって車両の移動が生じるおそれがあると判断し、ドライブシャフト２２が折損している状態のときに値１が設定されるシャフト折損フラグＦｓと左右の駆動輪２６ａ，２６ｂの両方が路面から浮いた状態のときに値１が設定される駆動輪浮き状態フラグＦｄとをメインＥＣＵ５０から通信により入力し（ステップＳ１３０）、入力したシャフト折損状態フラグＦｓと駆動輪浮き状態フラグＦｄとを調べる（ステップＳ１４０）。ここで、シャフト折損状態フラグＦｓは、実施例では、メインＥＣＵ５０により設定されるフラグであり、車輪速センサ２６ｃ，２６ｄからの左右の駆動輪速Ｖｌ，Ｖｒの絶対値が共に回転停止と判定可能な値として予め定められた停止判定回転数Ｎｒｌｓｔｏｐ以下であり且つモータＥＣＵ３６から入力したモータ３２の回転数Ｎｍの絶対値が前述の停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐより大きい回転数として予め定められた回転判定回転数Ｎｍｒｏｔ以上のとき、即ち、左右の駆動輪２６ａ，２６ｂが共に回転停止しているがモータ３２の回転数Ｎｍの大きさが比較的大きいときに値１が設定され、駆動輪２６ａ，２６ｂの少なくとも一方が回転しているか又はモータ３２の回転数Ｎｍの大きさが回転判定回転数Ｎｍｒｏｔ未満のときには値０が設定されるものとした。また、駆動輪浮き状態フラグＦｄは、実施例では、メインＥＣＵ５０により設定されるフラグであり、モータＥＣＵ３６からインバータ３４を駆動停止した旨を示す信号を入力し且つ左右の駆動輪２６ａ，２６ｂの両方の空転によるスリップの発生が判定されているとき、即ち、駆動輪２６ａ，２６ｂへの動力の伝達が遮断されているにも拘わらず駆動輪２６ａ，２６ｂのスリップの発生が判定されているときに値１が設定され、駆動輪２６ａ，２６ｂに動力が伝達されているか又は左右の駆動輪２６ａ，２６ｂの少なくとも一方にスリップが発生していないときには値０が設定されるものとした。駆動輪２６ａ，２６ｂのスリップの判定は、例えば、車輪速センサ２６ｃ，２６ｄからの駆動輪速Ｖｌ，Ｖｒの単位時間あたりの変化量としての駆動輪加速度ΔＶｌ，ΔＶｒがスリップ発生を判定可能な値として予め定められた閾値以上のときにスリップの発生を判定するなど種々の手法により行なうことができる。なお、駆動輪浮き状態フラグＦｄについては、駆動輪２６ａ，２６ｂのサスペンションのストローク量（例えば、ストローク量を検出する図示しないセンサからの値など）がその最大値を示すときに値１を設定したり、駆動輪２６ａ，２６ｂのサスペンションと車体との間のダンパの図示しない油圧センサからの値が閾値未満を示すとき（例えば、負圧を示す状態のとき）に値１を設定したりするなどとしてもよい。

入力したシャフト折損状態フラグＦｓが値１であるか又は駆動輪浮き状態フラグＦｄが値１であるかの少なくとも一方のときには、コンデンサ４４，４６を放電する制御によっても車両の移動は生じないと判断し、モータ３２にｄ軸電流が流れてコンデンサ４４，４６の電荷が放電されるようインバータ３４のスイッチング制御を行なって（ステップＳ１５０）、ディスチャージ制御ルーチンを終了する。シャフト折損状態フラグＦｓおよび駆動輪浮き状態フラグＦｄが共に値０のときには、ステップＳ１１０の処理に戻り、モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値が停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐ以下になるのを待ってからモータ３２にｄ軸電流を流すインバータ３４の制御を行なって（ステップＳ１１０〜Ｓ１５０）、ディスチャージ制御ルーチンを終了する。車両の衝突時にドライブシャフト２２が折損すると、ドライブシャフト２２の空転によりモータ３２の回転停止が遅れることがあるが、モータ３２からトルクが出力されてもそのトルクは駆動輪２６ａ，２６ｂには伝達されない。また、車両の衝突時に駆動輪２６ａ，２６ｂが路面から浮いた状態のときには、駆動輪２６ａ，２６ｂの空転によりモータ３２の回転停止が遅れることがあるが、モータ３２からトルクが出力されてもそのトルクにより車両の移動は生じない。したがって、車両の衝突時にモータ３２が回転停止していないときでも、シャフト折損フラグＦｓが値１のときや駆動輪浮き状態フラグＦｄが値１のときにはモータ３２にｄ軸電流を流すことでコンデンサ４４，４６を放電することにより、車両の衝突から遅れてコンデンサ４４，４６が放電されるのを抑制することができる。この結果、高電圧系の電圧をより迅速に低下させることができるものとなる。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、車両の衝突が生じたときにモータ３２の回転停止が判定されないときでも、ドライブシャフト２２が折損した状態を示すシャフト折損フラグＦｓが値１のときや左右の駆動輪２６ａ，２６ｂが路面から浮いた状態を示す駆動輪浮き状態フラグＦｄが値１のときには、システムメインリレー４３がオフの状態でモータ３２にｄ軸電流を流すことによって高電圧系のコンデンサ４４および低電圧系のコンデンサ４６の電荷が放電されるようインバータ３４を制御するから、車両の衝突が生じたときにコンデンサ４４，４６に蓄えられた電荷が放電されるのが遅れるのを抑制することができる。

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、駆動輪２６ａ，２６ｂが「左右の駆動輪」に相当し、ドライブシャフト２２が「ドライブシャフト」に相当し、モータ３２が「電動機」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、コンデンサ４４が「平滑コンデンサ」に相当し、モータ３２の回転数Ｎｍの絶対値が停止判定回転数Ｎｍｓｔｏｐ以下であるか否かを判定する図３のディスチャージ制御ルーチンのステップＳ１２０の処理を実行するモータＥＣＵ３６が「回転停止検出手段」に相当し、シャフト折損状態フラグＦｓの値と駆動輪浮き状態フラグＦｄの値とを判定する図３のディスチャージ制御ルーチンのステップＳ１４０の処理を実行するモータＥＣＵ３６が「状態判定手段」に相当し、車両の衝突が生じモータ３２の回転停止が判定されたときにシステムメインリレー４３がオフの状態でモータ３２にｄ軸電流を流してコンデンサ４４の電荷が放電されるようインバータ３４を制御し、車両の衝突が生じモータ３２の回転停止が判定されないときでもシャフト折損状態フラグＦｓが値１であるか又は駆動輪浮き状態フラグＦｄが値１であるかの少なくとも一方のときにはシステムメインリレー４３がオフの状態でモータ３２にｄ軸電流を流してコンデンサ４４の電荷が放電されるようインバータ３４を制御する、図３のディスチャージ制御ルーチンのステップＳ１５０の処理を実行するモータＥＣＵ３６が「放電制御手段」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、本発明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、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明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。

本発明は、電気自動車の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ドライブシャフト、２４デファレンシャルギヤ、２６ａ，２６ｂ駆動輪、２６ｃ，２６ｄ車輪速センサ、３２モータ、３３回転位置検出センサ、３４インバータ、３６モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４０バッテリ、４２昇降圧コンバータ、４３システムメインリレー、４４，４６コンデンサ、４５，４７電圧センサ、４８電力ライン、４８ａ正極母線、４８ｂ負極母線、５０メイン電子制御ユニット（メインＥＣＵ）、５１イグニッションスイッチ、５２シフトポジションセンサ、５４アクセルペダルポジションセンサ、５６ブレーキペダルポジションセンサ、５７車速センサ、５８加速度センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１，Ｄ２２ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２トランジスタ、Ｌリアクトル。

Claims

左右の駆動輪に連結されたドライブシャフトに動力を入出力可能な電動機と、前記電動機を駆動するインバータと、前記インバータにリレーを介して接続された充放電可能なバッテリと、前記インバータの端子間の電圧を平滑する平滑コンデンサと、前記電動機の回転停止を検出する回転停止検出手段と、車両の衝突が生じ前記電動機の回転停止が検出されたときに前記リレーがオフの状態で前記電動機へのｄ軸電流により前記平滑コンデンサに蓄えられた電荷が放電されるよう前記インバータを制御する放電制御を実行する放電制御手段と、を備える電気自動車において、
前記ドライブシャフトが折損した状態であるか否かと前記左右の駆動輪が路面から浮いた状態であるか否かとを判定する状態判定手段
を備え、
前記放電制御手段は、前記車両の衝突が生じ前記電動機の回転停止が検出されないときでも、前記ドライブシャフトが折損した状態であるか又は前記左右の駆動輪が路面から浮いた状態であるかの少なくとも一方と判定されたときには、前記放電制御を実行する手段である、
ことを特徴とする電気自動車。