JP5641145B2 - 車両および車両の制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、車両衝突時に車両で生じる電力を早期に消費する技術に関する。
高圧バッテリの電力で走行用モータを駆動して走行する車両には、通常、車両衝突時にシステムメインリレーを開いて高圧バッテリを他の機器から遮断する制御システムが搭載される。しかし、高圧バッテリを遮断した後も、インバータやコンバータを含むパワーコントロールユニットに備えられるコンデンサなどには電力(電荷)が残っているため、そのコンデンサに残る電力の放電が遅れると漏電してしまう可能性がある。
このような問題に鑑み、特開2010−93934号公報(特許文献1)には、車両衝突時に、インバータのコンデンサに残る電力を空調用モータで消費させる技術が開示されている。
ところで、走行用モータと車輪との接続関係によっては、車両衝突時の車輪の回転速度(車速)の減少によって走行用モータが回転させられて走行用モータで比較的大きな逆起電力が生じる場合がある。しかしながら、特許文献1に開示された技術は、車両衝突時にインバータのコンデンサに残留する比較的小さい電力を消費する技術に過ぎず、車両衝突時に走行用モータで生じる比較的大きな逆起電力を早期に消費することはできない。すなわち、仮に、車両衝突時に走行用モータで生じる逆起電力を特許文献1のように空調用モータで消費すると、走行用モータで生じる逆起電力を消費可能な回転速度まで空調用モータの回転速度が上昇するまでには相当な時間がかかるため、走行用モータで生じる逆起電力を早期に消費することができない。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両衝突時に回転電機で生じる逆起電力を早期に消費することである。
この発明に係る車両は、電気エネルギを熱エネルギに変換する電気抵抗と、車両衝突時の車輪の回転速度の減少によって回転させられて逆起電力を生じる回転電機と、電気抵抗と回転電機との電気的な接続状態を切り替える切替回路を含む切替装置と、切替回路を制御する制御装置とを備える。制御装置は、車両衝突時に切替回路を制御して電気抵抗と回転電機とを電気的に接続することによって、車両衝突時に回転電機で生じる逆起電力を電気抵抗で消費させる。
好ましくは、車両は、エンジンと、回転電機を駆動するための電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置と回転電機との間で電圧変換を行なうコンバータと、コンバータと回転電機との間で電力変換を行なうインバータとをさらに備える。電気抵抗は、コンバータおよびインバータを結ぶ電力線上に接続された、エンジンの排気を浄化する電気加熱可能な触媒装置である。
好ましくは、制御装置は、回転電機と触媒装置とを電気的に接続した後、触媒装置の消費電力の累積値がしきい値を超えたときは、切替装置を制御して回転電機と触媒装置とを電気的に非接続とする。
好ましくは、制御装置は、車両衝突時であって、かつ触媒装置と回転電機とを結ぶ通電経路が漏電していないときに、切替回路を制御して回転電機と触媒装置とを電気的に接続する。
好ましくは、切替装置は、切替回路の作動電力を蓄えるバックアップ電源を内部に備える。
好ましくは、車両は、第1モータジェネレータと、車輪と連動して回転する第2モータジェネレータと、遊星歯車装置とをさらに備える。遊星歯車装置は、サンギヤと、第2モータジェネレータに連結されるリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤに係合するピニオンギヤと、エンジンに連結されピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含む。回転電機は、第1モータジェネレータである。
この発明の別の局面に係る車両の制御方法は、電力を消費する電気抵抗と、車両衝突時に車輪から伝達されるトルクで回転させられて逆起電力を生じる回転電機と、電気抵抗と回転電機との電気的な接続状態を切り替える切替回路を含む切替装置と、切替回路を制御する制御装置とを備えた車両の制御方法であって、車両衝突時であるか否かを判定するステップと、車両衝突時と判定された場合に切替回路を制御して電気抵抗と回転電機とを電気的に接続することによって、車両衝突時に回転電機で生じる逆起電力を電気抵抗で消費させるステップとを含む。
本発明によれば、車両衝突時に回転電機で生じる逆起電力を早期に消費することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、本実施例に従う車両1の全体ブロック図である。車両1は、エンジン10と、第1MG(Motor Generator)20と、第2MG30と、動力分割装置40と、減速機50と、パワーコントロールユニット(Power Control Unit、以下「PCU」という)60と、バッテリ70と、駆動輪80と、電子制御ユニット(Electronic Control Unit、以下「ECU」という)200と、を備える。
エンジン10は、空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギによってクランクシャフトを回転させる駆動力を発生する内燃機関である。第1MG20および第2MG30は、交流で駆動されるモータジェネレータである。
車両1は、エンジン10および第2MG30の少なくとも一方から出力される動力によって走行する。エンジン10が発生する駆動力は、動力分割装置40によって2経路に分割される。すなわち、一方は減速機50を介して駆動輪80へ伝達される経路であり、もう一方は第1MG20へ伝達される経路である。
動力分割装置40は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン10のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第1MG20の回転軸に連結される。リングギヤは第2MG30の回転軸および減速機50に連結される。このように、エンジン10、第1MG20および第2MG30が、遊星歯車からなる動力分割装置40を介して連結されることで、エンジン10の回転速度(以下「エンジン回転速度Ne」という)、第1MG20の回転速度(以下「第1MG回転速度Nm1」という)および第2MG30の回転速度(以下「第2MG回転速度Nm2」という)は、共線図において直線で結ばれる関係になる(後述する図3参照)。
PCU60は、ECU200からの制御信号によって制御される。PCU60は、バッテリ70から供給された直流電力を第1MG20および第2MG30を駆動可能な交流電力に変換する。PCU60は、変換された交流電力をそれぞれ第1MG20,第2MG30に出力する。これにより、バッテリ70に蓄えられた電力で第1MG20,第2MG30が駆動される。なお、PCU60は、第1MG20,第2MG30によって発電された交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力でバッテリ70を充電することも可能である。
バッテリ70は、第1MG20,第2MG30を駆動するための電力を蓄える直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。バッテリ70の出力電圧は、たとえば200V程度の高い電圧である。なお、バッテリ70に代えて、大容量のキャパシタも採用可能である。
さらに、車両1は、衝突センサ2を備える。衝突センサ2は、車両1と他の物体との衝突(以下「車両衝突」という)を判定するための情報として、車両1に作用する加速度Gを検出し、検出結果をECU200に出力する。
さらに、車両1は、排気通路130を備える。エンジン10から排出される排気ガスは、排気通路130を通って大気に排出される。
排気通路130の途中には、電気加熱式触媒(Electrical Heated Catalyst、以下、「EHC」という)140が設けられる。EHC140は、電気ヒータ(電気エネルギを熱エネルギに変換する電気抵抗)によって触媒を電気的に加熱可能に構成された触媒である。EHC140は、大容量の電力を消費して触媒を高温まで昇温させる機能を有する。具体的には、EHC140は、コンバータ61による昇圧後の電力(たとえば650ボルト程度の直流電力)を消費して発熱する電気ヒータを備えており、この電気ヒータによって触媒を高温まで昇温させる。なお、EHC140には、種々の公知のものを適用することができる。
ECU200は、図示しないCPU(Central Processing Unit)およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行するように構成される。
図2は、第1MG20、第2MG30、PCU60、バッテリ70、EHC140の回路構成を示す図である。
PCU60とバッテリ70との間には、システムメインリレー(SMR)71が設けられる。SMR71は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とPCU60との間での電力の供給と遮断とを切り替える。SMR71は、車両衝突時には、ECU200によって開状態に制御される。これにより、車両衝突時には、バッテリ70がPCU60から切り離される。
PCU60は、コンバータ61、インバータ62,63、平滑コンデンサ64,65、放電抵抗66を含む。
コンバータ61は、正極線PL1および負極線NL1を介してバッテリ70に接続される。また、コンバータ61は、正極線PL2および負極線NL1を介してインバータ62,63に接続される。
コンバータ61は、リアクトルと、2つのスイッチング素子と、2つのダイオードとを含む。コンバータ61は、ECU200からの制御信号によって制御され、バッテリ70とインバータ62,63との間で電圧変換を行なう。
インバータ62は、コンバータ61と第1MG20との間に設けられる。インバータ63は、コンバータ61と第2MG30との間に設けられる。インバータ62,63は、コンバータ61に対して互いに並列に接続される。
インバータ62,63の各々は、三相の上下アーム(スイッチング素子)と、各スイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを含む。インバータ62,63の各上下アームは、ECU200からの制御信号によって制御され、コンバータ61で電圧変換された直流電力を交流電力に変換してそれぞれ第1MG20、第2MG30に出力する。
平滑コンデンサ64は、正極線PL1と負極線NL1との間に接続され、正極線PL1および負極線NL1間の電圧変動の交流成分を平滑化する。平滑コンデンサ65は、正極線PL2と負極線NL1との間に接続され、正極線PL2および負極線NL1間の電圧変動の交流成分を平滑化する。
放電抵抗66は、正極線PL2と負極線NL1との間に接続される。放電抵抗66は、平滑コンデンサ64,65の残留電荷を抜くことを用途とする。そのため、放電抵抗66の容量(単位時間あたりに消費可能な電力の大きさ)は、EHC140に比べて小さい。
EHC140は、PCU60の内部におけるコンバータ61とインバータ62,63との間の電力線(正極線PL2、負極線NL1)に接続される。より具体的には、EHC140は、一方の端部が正極線PL2から分岐する正極分岐線PLehcに接続され、他方の端部が負極線NL1から分岐する負極分岐線NLehcに接続される。
EHC140は、バッテリ70の電力をコンバータ61で昇圧した後の電力(たとえば650ボルト程度の直流電力)を消費して発熱する電気ヒータを備えており、非常に高い電力を消費可能である。また、EHC140は、第1MG20あるいは第2MG30で発電された交流電力をインバータ62,63で直流電力に変換した後の電力を消費することによっても加熱される。
EHC140とPCU60との間には、切替装置100が設けられる。切替装置100は、正極分岐線PLehc上に設けられたEHCリレーR1と、負極分岐線NLehc上に設けられたEHCリレーR2と、EHCリレーR1,R2の作動電力を非常時に備えて蓄えるバックアップ電源110と、EHC140の消費電力Pehcを監視する監視センサ120とを内部に備える。各EHCリレーR1,R2のオンオフ動作は、ECU200からの制御信号によって制御される。なお、各EHCリレーR1,R2は、補機バッテリ(図示せず)およびバックアップ電源110の少なくともいずれか一方から供給される電力で作動することが可能である。そのため、車両衝突時に補機バッテリからの電力供給経路が遮断されたとしてもバックアップ電源110でEHCリレーR1,R2を確実に作動させることができる。
さらに、負極分岐線NLehcには漏電検出器150が接続される。漏電検出器150は、EHC140とPCU60とを接続する通電経路の漏電(以下「EHC漏電」という)を検出する。なお、漏電検出器150には、種々の公知のものを適用することができる。
以上のような構造を有する車両1の走行中において、車両衝突が生じると車速が急減するが、この車速の急減によって第1MG20が回転させられて第1MG20が逆起電力を発生する場合がある。
図3は、車両衝突時のエンジン回転速度Ne、第1MG回転速度Nm1、第2MG回転速度Nm2の変化の様子を共線図上に示した図である。
上述したように、エンジン回転速度Ne、第1MG回転速度Nm1、第2MG回転速度Nm2は、共線図において直線で結ばれる関係になる。すなわち、第1MG回転速度Nm1は、エンジン回転速度Neおよび第2MG回転速度Nm2によって決まる。第2MG30は減速機50を介して駆動輪80に連結されているため、第2MG回転速度Nm2は車速に正比例する値である。
エンジン10および第2MG30の動力での前進走行中(共線L1参照)において、車両衝突が生じると、車速すなわち第2MG回転速度Nm2が急減する。この際、既に回転しているエンジン10は慣性の法則により同じ回転速度を維持しようとする。一方、車両衝突時にはECU200によってSMR71が開状態に制御されてバッテリ70がPCU60から切り離されるため、第1MG20はトルクを出すことができない。そのため、共線L2に示すように、車両衝突時には、第2MG回転速度Nm2の急減(図3に示す共線L2は車速がほぼ瞬間的に0に落ち込む場合を例示している)によって第1MG回転速度Nm1が急増し、第1MG20に取り付けられている永久磁石により第1MG20は大きな逆起電力を発生する。したがって、車両衝突時には、第1MG20で生じる逆起電力を早期に消費することが望ましい。
ところが、この逆起電力を消費する機器として放電抵抗66を用いると、放電抵抗66は平滑コンデンサ64,65の残留電荷を抜くことを用途とするためその容量は比較的小さく、駆動用で容量の大きい第1MG20の逆起電力を早期に消費するのには容量が不足する。また、逆起電力を消費する機器として図示しない空調用モータ(コンプレッサなど)を用いると、走行用の第1MG20で生じる逆起電力を消費可能な回転速度まで空調用モータの回転速度が上昇するまでには相当な時間がかかるため、走行用の第1MG20で生じる逆起電力を早期に消費することができない。さらに、空調用モータでは容量も不足することが懸念される。
そこで、本実施例に従うECU200は、車両衝突時にEHCリレーR1,R2を閉じてEHC140と第1MG20とを電気的に接続することによって、車両衝突時に第1MG20で生じる逆起電力を消費電力の大きいEHC140で消費させる。この点が本発明の最も特徴的な点である。
図4は、車両衝突時の制御に関する部分のECU200の機能ブロック図である。ECU200は、衝突判定部210、SMR遮断部220、EHCリレー制御部230を含む。
衝突判定部210は、衝突センサ2の検出結果に基づいて車両衝突が生じたか否かを判定し、判定結果をSMR遮断部220、EHCリレー制御部230に出力する。
SMR遮断部220は、車両衝突が生じたと判定された場合は、SMR71を開いてバッテリ70とPCU60とを電気的に切り離す。
EHCリレー制御部230は、車両衝突が生じたと判定された場合は、漏電検出器150に基づいてEHC漏電の有無を判定する。そして、EHCリレー制御部230は、EHC漏電がない場合、EHCリレーR1,R2を閉じてEHC140と第1MG20とを電気的に接続する。
図5は、車両衝突時にEHCリレーR1,R2を閉じた場合にEHC140に供給される電流の流れを示す図である。上述したように、車両衝突時には、第2MG回転速度Nm2の急減によって第1MG20が回転させられて第1MG20で逆起電力が生じる。
この逆起電力による電流は、図5に示すように、インバータ62を通ってEHC140に供給される。これにより、第1MG20で生じた逆起電力がEHC140で早期に消費される。この際、逆起電力による電流は、インバータ62のダイオードを経由して流れるため、インバータ62を動作させなくても第1MG20とEHC140との間を流れる。さらに、本実施の形態では、EHC140がコンバータ61とインバータ62との間に接続されている。そのため、コンバータ61を動作させる必要もない。したがって、本実施の形態においては、車両衝突時にSMR71が遮断されても、また、車両衝突の影響でコンバータ61およびインバータ62が動作不能状態に陥ったとしても、第1MG20で生じた逆起電力をECU140で消費させることができる。
図4に戻って、EHCリレー制御部230は、EHCリレーR1,R2を閉じた後、監視センサ120からのEHC消費電力Pehcを積算し、EHC消費電力Pehcの積算値が予め定められた許容値を超えた場合には、EHCリレーR1,R2を開いてEHC140と第1MG20とを電気的に非接続とする。これにより、第1MG回転速度Nm1がある程度低下するまでは第1MG20で生じた逆起電力をEHC140で消費させつつ、許容値を超える電力量がEHC140で消費された後はEHC140と第1MG20とを電気的に非接続として、EHC140の過電圧や過熱を抑制することができる。
図6は、上述の機能を実現するためのECU200の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、ECU200の起動中に予め定められた周期で繰り返し実行される。
ステップ(以下、ステップを「S」と略す)にて、ECU200は、車両衝突の有無を判定する。車両衝突がない場合(S10にてNO)、この処理は終了される。
車両衝突がある場合(S10にてYES)、ECU200は、S11にてSMR71を遮断する。
S12にて、ECU200は、EHC漏電の有無を判定する。EHC漏電がある場合(S12にてNO)、この処理は終了される。
EHC漏電がない場合(S12にてYES)、ECU200は、S13にてEHCリレーR1,R2を閉じる。これにより、上述したように第1MG20で生じた逆起電力がEHC140で消費される。
S14にて、ECU200は、EHC消費電力Pehcを積算する。
S15にて、ECU200は、EHC消費電力Pehcの積算値が許容値を超えたか否かを判定する。EHC消費電力Pehcの積算値が許容値を超えていない場合(S15にてNO)、処理はS14に戻され、EHC消費電力Pehcを積算が繰り返される。
S15にて、ECU200は、EHC消費電力Pehcの積算値が許容値を超えたか否かを判定する。EHC消費電力Pehcの積算値が許容値を超えていない場合(S15にてNO)、処理はS14に戻され、EHC消費電力Pehcを積算が繰り返される。
EHC消費電力Pehcの積算値が許容値を超えている場合(S15にてYES)、ECU200は、S16にてEHCリレーR1,R2を開く。これにより、EHC140の過電圧や過熱が抑制される。
以上のように、本実施例に従う車両1において、車両衝突が生じた場合、ECU200は、EHCリレーR1,R2を閉じて第1MG20を大容量の電力を消費可能なEHC140(電気抵抗)に電気的に接続させる。これにより、車両衝突時に第1MG20で生じる逆起電力をEHC140で早期に消費させることができる。
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 車両、2 衝突センサ、10 エンジン、20 第1MG、30 第2MG、40 動力分割装置、50 減速機、60 PCU、61 コンバータ、62,63 インバータ、64,65 平滑コンデンサ、66 放電抵抗、70 バッテリ、71 SMR、80 駆動輪、100 切替装置、110 バックアップ電源、120 監視センサ、130 排気通路、140 EHC、150 漏電検出器、200 ECU、210 衝突判定部、220 遮断部、230 リレー制御部、NL1 負極線、NLehc 負極分岐線、PL1,PL2 正極線、PLehc 正極分岐線、R1,R2 EHCリレー。
Claims (7)
- 電気エネルギを熱エネルギに変換する電気抵抗(140)と、
車両衝突時の車輪(80)の回転速度の減少によって回転させられて逆起電力を生じる回転電機(20)と、
前記電気抵抗と前記回転電機との電気的な接続状態を切り替える切替回路(R1,R2)を含む切替装置(100)と、
前記切替回路を制御する制御装置(200)とを備え、
前記制御装置は、車両衝突時に前記切替回路を制御して前記電気抵抗と前記回転電機とを電気的に接続することによって、車両衝突時に前記回転電機で生じる逆起電力を前記電気抵抗で消費させる、車両。 - 前記車両は、
エンジン(10)と、
前記回転電機を駆動するための電力を蓄える蓄電装置(70)と、
前記蓄電装置と前記回転電機との間で電圧変換を行なうコンバータ(61)と、
前記コンバータと前記回転電機との間で電力変換を行なうインバータ(62)とをさらに備え、
前記電気抵抗は、前記コンバータおよび前記インバータを結ぶ電力線(PL2,NL1)上に接続された、前記エンジンの排気を浄化する電気加熱可能な触媒装置である、請求項1に記載の車両。 - 前記制御装置は、前記回転電機と前記触媒装置とを電気的に接続した後、前記触媒装置の消費電力の累積値がしきい値を超えたときは、前記切替装置を制御して前記回転電機と前記触媒装置とを電気的に非接続とする、請求項2に記載の車両。
- 前記制御装置は、車両衝突時であって、かつ前記触媒装置と前記回転電機とを結ぶ通電経路が漏電していないときに、前記切替回路を制御して前記回転電機と前記触媒装置とを電気的に接続する、請求項2に記載の車両。
- 前記切替装置は、前記切替回路の作動電力を蓄えるバックアップ電源(110)を内部に備える、請求項2に記載の車両。
- 前記車両は、
第1モータジェネレータ(20)と、
前記車輪と連動して回転する第2モータジェネレータ(30)と、
遊星歯車装置(40)とをさらに備え、
前記遊星歯車装置は、サンギヤと、前記第2モータジェネレータに連結されるリングギヤと、前記サンギヤおよび前記リングギヤに係合するピニオンギヤと、前記エンジンに連結され前記ピニオンギヤを自転可能に支持するキャリアとを含み、
前記回転電機は、前記第1モータジェネレータである、請求項2に記載の車両。 - 電力を消費する電気抵抗(140)と、車両衝突時に車輪(80)から伝達されるトルクで回転させられて逆起電力を生じる回転電機(20)と、前記電気抵抗と前記回転電機との電気的な接続状態を切り替える切替回路(R1,R2)を含む切替装置(100)と、前記切替回路を制御する制御装置(200)とを備えた車両の制御方法であって、
車両衝突時であるか否かを判定するステップと、
車両衝突時と判定された場合に前記切替回路を制御して前記電気抵抗と前記回転電機とを電気的に接続することによって、車両衝突時に前記回転電機で生じる逆起電力を前記電気抵抗で消費させるステップとを含む、車両の制御方法。
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