JP6056734B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相交流電動機を備えた車両を制御する車両制御装置の技術分野に関する。

三相交流電動機の漏電検出方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、三相のうちどの相が漏電しているかを検出するため、瞬間的にインバータの上下アームの一方がオン状態とされる。

尚、短絡が検出された場合に、逆起電力を用いて短絡相以外の相のスイッチングを行う装置も提案されている（特許文献２参照）。

また、短絡が検出された場合に、短絡相を含むアームを回路から切り離す装置も提案されている（特許文献３参照）。この文献には、短絡検出後にモータジェネレータの回転数が所定回転数以上になったら短絡側のアームの三相をオンとして電流値を下げ、熱的な有利を獲得する旨も開示される。

特開平７−２４１００２号公報 特開２０１３−１２１２５６号公報 特開２０１１−１５５７０８号公報

車両停止時に電力変換器に対して特定相オン制御を行うことによって、電力変換器のスイッチングロスを低減することができる。

ここで、特定相オン制御とは、第１スイッチング素子（一般的には、上又は下アームと呼ばれる）と第２スイッチング素子（一般的には、下又は上アームと呼ばれる）とのうち一方を全てオフ状態とし、他方の少なくとも一つをオン状態とする制御を指す。即ち、特定相オン制御とは、三相のうち一相をオン状態とする一相オン制御、同じく二相をオン状態とする二相オン制御、又は同じく三相をオン状態とする三相オン制御を含む。

ところで、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のうちいずれか一方における少なくとも一つの相が短絡している場合において、この特定相オン制御が実行された場合、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とが短絡する可能性がある。

ここで特に、特定相オン制御は、特許文献１に開示されるような漏電検出のための制御と異なり、車両停止期間において継続させることを前提とした制御である。従って、この場合、相対的に大きな電流が、車両停止期間において継続的に電力変換器に流れることになる。このような現象は、部品保護或いは装置保護の観点から望ましくない。即ち、上記先行技術文献に開示されたものを含む旧来の装置には、車両停止時に特定相オン制御を実行するための対策が不十分であるという技術的問題点がある。

本発明は、係る技術的問題点に鑑みてなされたものであり、電力変換器の短絡検出時において特定相オン制御を安全に遂行ならしめる車両制御装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る車両制御装置は、車両の駆動軸と同期回転する三相交流電動機と、前記三相交流電動機の三相の各々に対応する、電気的に直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備え、前記三相交流電動機に供給される電力を直流から交流に変換する電力変換器とを備えた車両を制御する車両制御装置であって、前記三相交流電動機の回転数が第１閾値以下であり、且つ、前記車両を停止させるための停止動作が行われている場合に、前記車両が停止していると判定する判定手段と、前記判定手段により前記車両が停止していると判定された場合に、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち一方の全てがオフに、且つ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち他方の少なくとも一つがオンになる所定状態となるように前記電力変換器を制御する制御手段と、前記第１及び第２スイッチング素子の短絡を検出する短絡検出手段とを備え、前記制御手段は、前記短絡検出手段により前記第１及び第２スイッチング素子のうち一方の短絡が検出された場合に、前記短絡が検出された一方のスイッチング素子が前記所定状態における前記他方となるように前記電力変換器を制御することを特徴とする（請求項１）。

本発明に係る車両制御装置によれば、判定手段により車両が停止していると判定された場合に、制御手段により電力変換器が所定状態とされる。

所定状態とは、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子のうち一方の全てがオフ、且つ、他方のうち少なくとも一つの相がオンである状態を指す。即ち、電力変換器を所定状態とする旨の制御は、上述した特定相オン制御と等価である。特定相オン制御によれば、車両停止期間において電力変換器のスイッチング動作が停止するため、電力消費を節減することができる。

一方、本発明に係る車両制御装置によれば、短絡検出手段により電力変換器の短絡が検出される。短絡検出手段は、例えば、電力変換器がシャットダウン状態にある場合において、三相交流電動機の逆起電力により生じる電力変換器の負荷電流の値及び／又は波形或いは更にこれらを三相の各相について比較した比較結果等に基づいて、電力変換器の短絡を検出することができる。但し、短絡検出手段の詳細な構成は、本発明の本質的技術思想に影響を与えない。即ち、短絡検出手段の構成としては、公知の各種短絡検出手段を適用することが可能である。

尚、三相交流電動機は駆動軸と同期回転するため、電力変換器がシャットダウン状態にあっても駆動軸の回転に伴って回転する。上記逆起電力とは、例えば、このような場合に生じ得る逆起電力を意味する。

また、短絡検出手段により検出される短絡には、短絡箇所の特定情報を含まない短絡、短絡箇所として、少なくとも短絡したスイッチング素子が第１スイッチング素子であるか第２スイッチング素子であるかを特定する特定情報を含む短絡、或いは、短絡箇所として、短絡したスイッチング素子が第１スイッチング素子であるか第２スイッチング素子であるかを特定する特定情報と、短絡したスイッチング素子が三相いずれの相のスイッチング素子であるかを特定する特定情報との双方を含む短絡等、各種ある。

ここで、本発明に係る車両制御装置によれば、短絡検出手段により第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのうち一方のスイッチング素子の短絡が検出された場合に、特定相オン制御において、この短絡が検出されたスイッチング素子を含む側のスイッチング素子の少なくとも一つがオン状態とされる。即ち、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子とのうち、短絡していない側のスイッチング素子の全てがオフ状態とされる。

このように、本発明に係る車両制御装置によれば、車両停止時の特定相オン制御が、第１及び第２スイッチング素子のうち一方の電気的絶縁性が確保された状態で行われる。従って、電力変換器の短絡が検出されたとしても、車両停止時に安全に特定相オン制御を実行することができ、特定相オン制御による電力節減効果を得ることができるのである。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

本発明の実施形態に係る車両の構成を概念的に表す概略構成図である。 図１の車両におけるＰＣＵの概略回路図である。 図１の車両を制御する制御装置の概略構成図である。 図３の制御装置におけるＨＶＥＣＵのブロック図である。 図３の制御装置におけるＭＧＥＣＵのブロック図である。 短絡検出処理のフローチャートである。 詳細短絡検出処理のフローチャートである。 図７の処理における一相短絡の検出原理を説明する図である。 図７の処理における一相短絡の検出原理を説明する他の図である。 図７の処理における多相短絡の検出原理を説明する図である。 図７の処理における多相短絡の検出原理を説明する他の図である。 車両停止判定処理のフローチャートである。 車両停止時インバータ駆動制御のフローチャートである。 三相オン処理のフローチャートである。

＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係る車両１について説明する。ここに、図１は、車両１の構成を概念的に表してなる概略構成図である。

図１において、ハイブリッド車両１は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１０、エンジンＥＧ、ＥＣＴ（Electronic Controlled Transmission：電子制御式変速装置）４００、モータジェネレータＭＧ、減速機構ＲＧを備えた、本発明に係る「車両」の一例たるハイブリッド車両である。

尚、本実施形態では、所謂１モータタイプのハイブリッド車両を例示するが、本発明に係る車両は、モータジェネレータを２個備えた２モータタイプのハイブリッド車両であっても、より多くのモータジェネレータを備えた車両であってもよい。

ＰＣＵ１０は、モータジェネレータＭＧの駆動状態を制御するための電力制御装置である。ＰＣＵ１０の構成については、図２において詳述する。

エンジンＥＧは、例えば、多気筒ガソリンエンジンであり、ハイブリッド車両１の一動力源として機能する内燃機関である。尚、ここでは、エンジンＥＧを多気筒ガソリンエンジンとしたが、エンジンＥＧは、例えば、気筒数、気筒配列及び燃料種別等において、どのような構成を有していてもよい。

ＥＣＴ４００は、公知の有段式変速装置である。ＥＣＴ４００は、エンジンＥＧのクランク軸に連結された入力軸ＩＳと減速機構ＲＧに連結される出力軸ＯＳとの間に複数の変速段を有しており、不図示の制御装置により、この複数の変速段が適宜切り替えられる構成となっている。複数の変速段は夫々入力軸ＩＳと出力軸ＯＳとの間の回転速度比、即ち変速比が異なる構成となっている。尚、エンジンＥＧと減速機構ＲＧとの間には、どのような変速機構が備わっていてもよい。また、どのような変速機構が備わっていても、本発明に係る車両制御装置の効能に大きく影響しないことから、ここでは詳細な説明を割愛する。

モータジェネレータＭＧは、本発明に係る「三相交流電動機」の一例たる三相交流電動発電機であり、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備える。

モータジェネレータＭＧの出力回転軸は、上述した出力軸ＯＳに連結されており、出力軸ＯＳの回転速度である出力回転速度ＮｏｕｔとモータジェネレータＭＧの回転速度たるＭＧ回転速度Ｎｍｇとは等しくなっている。尚、モータジェネレータＭＧと出力軸ＯＳとの間には、減速装置や変速装置が適宜介装されていてもよい。

モータジェネレータＭＧの出力回転軸には、モータジェネレータＭＧの回転角を検出するためのレゾルバｒｖが付設されている。このレゾルバｒｖにより検出されるモータジェネレータＭＧの回転角は、ＭＧ回転速度Ｎｍｇの算出に利用される。

減速機構ＲＧは、各種減速ギア及びデファレンシャル等を含むギア装置である。

次に、図２を参照し、ＰＣＵ１０の構成について説明する。ここに、図２は、ＰＣＵ１０の概略回路図である。尚、同図において、図１と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。

図２において、ＰＣＵ１０は、直流電源ＢとモータジェネレータＭＧとの間の電力の入出力を制御可能に構成された、昇圧コンバータ２００及びインバータ３００を含む電力制御装置である。

直流電源Ｂは、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の各種二次電池セル（例えば、セル電圧数Ｖ）が複数（例えば、数百個）直列に接続された、電源電圧ＶＢ（例えば、２００Ｖ）の二次電池ユニットである。尚、直流電源Ｂとしては、この種の二次電池に替えて又は加えて、電気二重層キャパシタや大容量のコンデンサ、フライホイール等が用いられてもよい。

昇圧コンバータ２００は、リアクトルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２と、ダイオードＤ１及びＤ２と、キャパシタＣとを備えた昇圧回路である。

昇圧コンバータ２００において、リアクトルＬ１の一方端は、直流電源Ｂの正極に接続される正極線（符号省略）に接続され、他方端は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との中間点、即ち、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子との接続点に接続される。

スイッチング素子Ｑ１及びＱ２は、上記正極線と直流電源Ｂの負極に接続される負極線（符号省略）との間に直列に接続された電気的スイッチング素子である。スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子は上記正極線に、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子は上記負極線に接続されている。ダイオードＤ１及びＤ２は、夫々のスイッチング素子において、エミッタ側からコレクタ側への電流のみを許容する整流素子である。

尚、本実施形態において、これらスイッチング素子は、リアクトルＬ１の端部との接続点よりも高電位側のスイッチング素子Ｑ１と、同じく低電位側のスイッチング素子Ｑ２とから構成されており、双アーム型の昇圧コンバータを構成している。但し、このようなスイッチング素子の構成は一例であり、昇圧コンバータは、図２においてスイッチング素子Ｑ２のみを備えたものに相当する、片アーム型の昇圧コンバータであってもよい。

スイッチング素子Ｑ１及びＱ２並びに後述するインバータ３００の各スイッチング素子（Ｑ３乃至Ｑ８）は、自己保護回路付きのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）として構成されている。但し、これらスイッチング素子は、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ等として構成されていてもよい。

キャパシタＣは、正極線と負極線との間に接続されたコンデンサである。このキャパシタＣの端子間電圧、即ち、正極線と負極線との間の電位差ＶＨは、昇圧コンバータ２００の出力電圧である。

インバータ３００は、ｐ側スイッチング素子Ｑ３及びｎ側スイッチング素子Ｑ４を含むＵ相アーム３００Ｕ、ｐ側スイッチング素子Ｑ５及びｎ側スイッチング素子Ｑ６を含むＶ相アーム３００Ｖ及びｐ側スイッチング素子Ｑ７及びｎ側スイッチング素子Ｑ８を含むＷ相アーム３００Ｗを備えた、本発明に係る「電力変換器」の一例である。

インバータ３００の各アームは、上記正極線と上記負極線との間に並列に接続されている。各アームにおけるｐ側スイッチング素子は、本発明に係る「第１スイッチング素子」の一例であり、同じくｎ側スイッチング素子は、本発明に係る「第２スイッチング素子」の一例である。尚、説明の便宜上、これ以降、ｐ側スイッチング素子を適宜「上アーム」、ｎ側スイッチング素子を適宜「下アーム」と表現することとする。

尚、スイッチング素子Ｑ３乃至Ｑ８には、上述した昇圧コンバータ２００におけるスイッチング素子Ｑ１及びＱ２と同様、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流す整流用ダイオードＤ３乃至Ｄ８が夫々接続されている。また、インバータ３００における各相アームの上アームと下アームとの接続点は、夫々モータジェネレータＭＧの各相コイルに接続されている。

ハイブリッド車両１において、ＰＣＵ１０は、制御装置１００により制御される。ここで、図３を参照し、制御装置１００の構成について説明する。ここに、図３は、制御装置１００のブロック図である。

図３において、制御装置１００は、ハイブリッド車両１の動作を制御可能に構成されたコンピュータ装置である。制御装置１００は、ＨＶＥＣＵ１１０及びＭＧＥＣＵ１２０を含む複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）により構成される。制御装置１００を構成するこれら各ＥＣＵは、制御バス１１を介して電気的に接続される。

尚、制御装置１００は、その動作上必要な情報を記憶するためのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶装置を適宜備えるものとする。このＲＯＭには、例えば、各ＥＣＵにより実行される各種制御に係る制御プログラムが記憶されている。また、このＲＡＭには、例えば、上記各種制御の実行過程において一時的に記憶すべき各種情報が記憶される。

ＨＶＥＣＵ１１０は、ＰＣＵ１０の動作を統括的に制御するＥＣＵである。ここで、図４を参照し、ＨＶＥＣＵ１１０の構成について説明する。ここに、図４は、ＨＶＥＣＵ１１０のブロック図である。

図４において、ＨＶＥＣＵ１１０は、インバータ入力演算部１１１、加減算部１１２、電圧制御演算部１１３、キャリア生成部１１４及び比較器１１５を備える。

インバータ入力演算部１１１は、昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨの目標値であるＶＨ指令値ＶＨｔｇを生成する回路である。インバータ入力演算部１１１は、例えば、ＭＧ回転速度Ｎｍｇと、モータジェネレータＭＧに対するトルク指令値ＴＲから算出される、モータジェネレータＭＧの出力値に基づいて、モータジェネレータＭＧを駆動する際の損失が最も小さくなるようにＶＨ指令値ＶＨｔｇを生成する。このようなＶＨ指令値ＶＨｔｇの値は、予め実験的に、経験的に又は理論的に適合され、ＲＯＭに適合値として格納されている。尚、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲは、ハイブリッド車両１の運転条件等に基づいて、公知の各種手法により決定される。

加減算部１１２は、昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨの検出値をＶＨ指令値ＶＨｔｇから減算し、減算結果を電圧制御演算部１１３へ出力する演算器である。

電圧制御演算部１１３は、ＶＨ指令値ＶＨｔｇから出力電圧ＶＨの検出値を減算してなる減算結果を加減算部１１２から受け取ると、昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨをＶＨ指令値ＶＨｔｇに一致させるための制御量を演算する。この際、例えば、比例項（Ｐ項）及び積分項（Ｉ項）を含む公知のＰＩ制御演算等が用いられる。電圧制御演算部１１３は、算出された制御量を、電圧指令値として比較器１１５に出力する。

一方、キャリア生成部１１４は、三角波からなるキャリア信号を生成し、比較器１１５に送出する。比較器１１５では、電圧制御演算部１１３から供給される電圧指令値とこのキャリア信号とが比較され、その電圧値の大小関係に応じて論理状態が変化する信号ＰＷＣが生成される。この生成された信号ＰＷＣは、昇圧コンバータ２００のスイッチング素子Ｑ１及びＱ２に出力される。

昇圧コンバータ２００は、ＨＶＥＣＵ１１０により実行される昇圧制御により制御される。昇圧制御においては、上述した信号ＰＷＣに基づいて、正極線と負極線との間の電圧、即ち、出力電圧ＶＨを直流電源Ｂの電源電圧ＶＢ以上に昇圧することが可能である。この際、出力電圧ＶＨが目標値であるＶＨ指令値ＶＨｔｇよりも低ければ、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティが相対的に大きくされ、正極線を直流電源Ｂ側からインバータ３００側へ流れる電流を増加させることができ、出力電圧ＶＨを上昇させることができる。一方、出力電圧ＶＨがＶＨ指令値ＶＨｔｇよりも高ければ、スイッチング素子Ｑ１のオンデューティが相対的に大きくされ、正極線をインバータ３００側から直流電源Ｂ側へ流れる電流を増加させることができ、出力電圧ＶＨを低下させることができる。

ＨＶＥＣＵ１１０は以上のように構成される。尚、図４に例示された構成は、電圧制御を実現する回路構成であるが、昇圧コンバータ２００の制御形態は、このような電圧制御に限定されず、例えば、電流制御であってもよい。

図３に戻り、ＭＧＥＣＵ１２０は、インバータ３００を介してモータジェネレータＭＧの駆動状態を制御するＥＣＵである。ここで、図５を参照し、ＭＧＥＣＵ１２０の構成について説明する。ここに、図５は、ＭＧＥＣＵ１２０のブロック図である。

図５において、ＭＧＥＣＵ１２０は、電流指令変換部１２１、電流制御部１２２、２相／３相変換部１２３、３相／２相変換部１２４、ＰＷＭ変換部１２５及びキャリア生成部１２６から構成される。

電流指令変換部１２１は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値ＴＲに基づいて、２相の電流指令値（Ｉｄｔｇ、Ｉｑｔｇ）を生成する。

一方、インバータ３００からは、フィードバック情報として、ｖ相電流Ｉｖとｗ相電流Ｉｗが３相／２相変換部１２４に供給される。３相／２相変換部１２４では、これらｖ相電流Ｉｖ及びｗ相電流Ｉｗから、三相電流値がｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑからなる２相電流値に変換される。変換された後の２相電流値は、電流制御部１２２に送出される。

電流制御部１２２では、電流指令変換部１２１において生成された２相の電流指令値と、この３相／２相変換部１２４から受け取った２相電流値Ｉｄ及びＩｑとの差分に基づいて、ｄ軸電圧Ｖｄ及びｑ軸電圧からなる２相の電圧指令値が生成される。生成された２相の電圧指令値Ｖｄ及びＶｑｈは、２相／３相変換部１２３に送出される。

２相／３相変換部１２３では、２相の電圧指令値Ｖｄ及びＶｑが、３相電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗに変換される。変換された３相電圧指令値Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗは、ＰＷＭ変換部１２５に送出される。

ＰＷＭ変換部１２５は、キャリア生成部１２６から、キャリア生成部１２６により生成された、所定のキャリア周波数ｆｃａｒを有するキャリアＣａｒを受け取り、このキャリアＣａｒと、変換された３相の電圧指令値Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗとの大小関係を比較する。更に、ＰＷＭ変換部１２５は、その比較結果に応じて論理状態が変化する、Ｕ相スイッチング信号Ｇｕｐ及びＧｕｎ、Ｖ相スイッチング信号Ｇｖｐ及びＧｖｎ並びにＷ相スイッチング信号Ｇｗｐ及びＧｗｎを生成してインバータ３００に供給する。

より具体的には、各相（３００Ｕ、３００Ｖ及び３００Ｗ）に対応するスイッチング信号のうち、「ｐ」なる識別子が付記された信号は、各相のスイッチング素子のうち上アーム（Ｑ３、Ｑ５及びＱ７）を駆動するための駆動信号であり、「ｎ」なる識別子が付記された信号は、各相のスイッチング素子のうち下アーム（Ｑ４、Ｑ６及びＱ８）を駆動するための駆動信号を意味する。

ここで特に、キャリアＣａｒと各相電圧指令値との比較において、各相電圧指令値がキャリアＣａｒよりも小さい値からキャリアＣａｒに一致すると、上アーム（ｐ側スイッチング素子）をターンオンさせるためのスイッチング信号が生成される。また、各相電圧指令値がキャリアＣａｒよりも大きい値からキャリアＣａｒに一致すると、下アーム（ｎ側スイッチング素子）をターンオンさせるためのスイッチング信号が生成される。即ち、通常の制御態様下におけるスイッチング信号は、オンオフが表裏一体の信号であり、各相のスイッチング素子は、上アームと下アームとのうち常にいずれか一方がオン状態であり、他方がオフ状態となる。

インバータ３００が、各相スイッチング信号により規定される各スイッチング素子の駆動状態に変化する又は維持されると、その変化した又は維持された駆動状態に対応する回路状態に従って、モータジェネレータＭＧが駆動される。尚、このようなインバータ３００の制御態様は、所謂ＰＷＭ制御の一態様である。

尚、一般的に、車両駆動用のモータジェネレータには、上述したＰＷＭ制御の他に、公知の過変調制御及び矩形波制御が併用される場合も多い。本実施形態に係るハイブリッド車両１においても、インバータ３００の制御態様は、車両の走行条件に応じて適宜切り替えられてよい。

図３に戻り、制御装置１００には、ハイブリッド車両１に備わる各種センサから、制御バス１１を介してセンサ出力が入力される。例えば、アクセルセンサ１２からアクセル開度Ｔａが、ブレーキセンサ１３からブレーキペダル操作量Ｔｂが、車速センサ１４から車速Ｖが夫々入力される。また、先述したレゾルバｒｖからは、モータジェネレータＭＧの回転角が入力され、ＨＶＥＣＵ１１０内部の演算処理によって、ＭＧ回転速度Ｎｍｇに変換される。

また、図示は省略するが、ハイブリッド車両１には、直流電源Ｂの電源電圧ＶＢ、昇圧コンバータ２００のリアクトルＬ１に流れるリアクトル電流Ｉｒ、昇圧コンバータ２００の出力電圧ＶＨ、インバータ３００の各相電流（ｖ相電流Ｉｖ、ｗ相電流Ｉｗ及びｕ相電流Ｉｕ）を検出するセンサも備わる。各々のセンサ出力は、制御バス１１を介して制御装置１００に入力される。尚、インバータ３００の各相電流を包括的に表現する場合には、これ以降適宜「負荷電流ＩＬ」なる用語を用いることとする。

＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態の動作について説明する。

＜１．短絡検出処理の詳細＞
始めに、図６を参照し、ＨＶＥＣＵ１１０により実行される短絡検出処理の詳細について説明する。ここに、図６は、短絡検出処理のフローチャートである。

図６において、先ず、短絡検出フラグがオフであるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。短絡検出フラグは、インバータ３００に短絡が生じている旨が確定した場合にオンに設定される制御フラグであり、初期状態ではオフである。短絡検出フラグがオンである場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、即ち、インバータ３００に短絡が生じている旨が確定
している場合には、短絡検出処理は終了する。尚、短絡検出処理は、所定周期で繰り返し実行される。

短絡検出フラグがオフである場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、異常検知信号が有るか否かが判定される（ステップＳ１０２）。ここで、異常検知信号は、インバータ３００の各スイッチング素子Ｑ３乃至Ｑ８に付設される公知の自己保護回路の出力信号である。この自己保護回路は、ＩＧＢＴの低電流耐性性に鑑みて設置されており、スイッチング素子に過電流が生じると異常検知信号を出力する構成となっている。異常検知信号が無い場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、短絡検出処理は終了する。

異常検知信号が有る場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１１０はインバータ３００をシャットダウンする（ステップＳ１０３）。シャットダウンとは、スイッチング素子の駆動を停止すること（即ち、全てターンオフすることと等価）を意味する。

インバータ３００がシャットダウンされると、相短絡判定条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ１０４）。本実施形態に係る相短絡判定条件は、インバータ３００の負荷電流ＩＬがインバータ３００の各相に備わる電流センサの検出誤差電流値ＩＬｎの２倍以上あることとされる。但し、このような相短絡判定条件は一例であって、本発明の概念を逸脱することなく、設計的に各種の変更を加えることができる。

ハイブリッド車両１の走行時においては、インバータ３００がシャットダウンされたとしても、出力軸ＯＳを介して駆動輪に連結されるモータジェネレータＭＧは回転する。そして、モータジェネレータの回転により逆起電力が発生する。

ここで、インバータ３００に短絡が生じていない場合、この種の逆起電力が生じたとしても、シャットダウン状態にあるインバータ３００に電流が流れることはない。一方、インバータ３００に短絡箇所がある場合、当該短絡箇所を含む電流の循環経路が形成されるため、インバータ３００には電流が流れる。この電流に係る電流値は、電流センサの検出誤差よりも大きい。

従って、検出精度を向上させるためのマージンを含む基準値（検出誤差電流値ＩＬｎの２倍の値）以上の負荷電流が検出された場合、インバータ３００に短絡箇所があるとの判定を高精度に下すことができる。

短絡判定条件が成立しない場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、処理はステップＳ１０６に移行され、インバータ３００が通常の駆動制御に復帰する。インバータ３００が通常の駆動制御に復帰すると、短絡検出処理は終了する。

一方、短絡判定条件が成立した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、短絡検出フラグがオンとされる（ステップＳ１０５）。短絡検出フラグがオンとされると、インバータ３００が通常の駆動制御に復帰せしめられ（ステップＳ１０６）、短絡検出処理は終了する。

＜２．詳細短絡検出処理＞
次に、図７を参照し、詳細短絡検出処理について説明する。ここに、図７は、詳細短絡検出処理のフローチャートである。詳細短絡検出処理は、インバータ３００のより詳細な短絡の状態について検出するための処理である。

図７において、先述した短絡検出フラグがオンであるか否かが判定される（ステップＳ１１１）。短絡検出フラグがオフである場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、詳細短絡検出処理は終了する。尚、詳細短絡検出処理は、所定周期で繰り返し実行される。

短絡検出フラグがオンである場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、詳細短絡情報の有無が確認され、詳細短絡情報が無いか否かが判定される（ステップＳ１１２）。詳細短絡情報とは、インバータ３００の短絡に関する詳細な情報であり、インバータ３００の短絡が、一相のみが短絡した一相短絡に該当するか、複数の相が短絡した多相短絡に該当するかに関する情報の他、短絡したアームを特定する情報や、短絡した相を特定する情報等を適宜に含む。詳細短絡情報が既に有る場合（ステップＳ１１２：ＮＯ）、詳細短絡検出処理は終了する。

詳細短絡情報が無い場合（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、短絡相判定条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ１１３）。本実施形態における短絡相判定条件は、非短絡相の電流値が電流センサの検出誤差電流値ＩＬｎの３倍として設定された基準値以上あることとされる。尚、この基準値は、予め実験的に、経験的に又は理論的に、短絡相の特定精度が所定以上確保されるように設定されており、設計的に各種の変更を加えることが可能である。

短絡相判定条件が成立しない場合（ステップＳ１１３：ＮＯ）、短絡相を精度良く特定することが困難であるとして、詳細短絡検出処理は終了する。一方、短絡相判定条件が成立した場合（ステップＳ１１３：ＹＥＳ）、インバータ３００の短絡が一相短絡であるか否かが判定される（ステップＳ１１４）。

ここで、図８乃至図１１を参照して、インバータ３００の短絡が一相短絡であるか多相短絡であるかを判定する原理について説明する。

ここに、図８及び図９は、一相短絡の検出原理を説明する図である。

図８において、一相短絡時にインバータ３００に流れる負荷電流ＩＬの時間特性が例示される（図８（ａ）参照）。一相短絡時には、短絡相において非短絡相（図示細い実線及び破線参照）と較べて大きな電流が流れる（図示太い実線参照）。

ここで、これら各負荷電流値（各相電流値）に対して、その絶対値を求める処理（絶対値処理と表現する）を施すと、各負荷電流は図８（ｂ）に示される波形となる。

更に、この絶対値処理が施された負荷電流値に対し、なまし処理（実効値に換算する処理）を施すと、各負荷電流は図８（ｃ）に示される波形となる。即ち、短絡相の電流値が、他の非短絡相の電流値と較べて大きくなる。

一方、図９には、図８に対して、絶対値処理となまし処理との実行順序を入れ替えた場合が示される。即ち、なまし処理が絶対値処理に先んじて施され（図９（ｂ）参照）、その後に絶対値処理が施される（図９（ｃ））。

図８と図９とを較べれば明らかなように、一相短絡の場合、絶対値処理となまし処理との実行順序を入れ替えても、最終的に得られる負荷電流の相互関係は変化しない。即ち、図８（ｃ）と図９（ｃ）とは一致する。

従って、図８（ｃ）に相当する電流値と図９（ｃ）に相当する電流値を各相について求めると共に両者を比較することによって、インバータ３００に生じた短絡が一相短絡であるか否かを判定することができる。

これに対し、図１０及び図１１は、多相短絡の検出原理を説明する図である。

図１０において、多相短絡時にインバータ３００に流れる負荷電流ＩＬの時間特性が例示される（図１０（ａ）参照）。多相短絡時には、一相短絡時と較べて短絡相に流れる電流値は小さくなる（図示太い実線及び破線参照）。

ここで、これら各負荷電流値（各相電流値）に対し、図８と同様に絶対値処理を施し（図１０（ｂ）参照）、その後になまし処理を施すと、各負荷電流が図１０（ｃ）に示される波形となる。即ち、多相短絡の場合、絶対値処理→なまし処理の順序で処理を施すと、各相の負荷電流値に大きな差は生じない。

一方、図１１には、図１０に対して、絶対値処理となまし処理との実行順序を入れ替えた場合が示される。即ち、なまし処理が絶対値処理に先んじて施され（図１１（ｂ）参照）、その後に絶対値処理が施される（図１１（ｃ））。

図１０と図１１とを較べれば明らかなように、多相短絡の場合、絶対値処理となまし処理との実行順序を入れ替えると、最終的に得られる負荷電流の相互関係が変化する。即ち、図１０（ｃ）と図１１（ｃ）とは一致しない。

従って、図１０（ｃ）に相当する電流値と図１１（ｃ）に相当する電流値を各相について求めると共に両者を比較することによって、インバータ３００に生じた短絡が多相短絡であるか否かを判定することができる。

図７に戻り、インバータ３００の短絡が一相短絡である場合（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、続いて短絡相の判定が行われ（ステップＳ１１５）、更に短絡アームの判定が行われる（ステップＳ１１６）。

ここで、一相短絡の場合、短絡相の電流値は非短絡相の電流値の２倍の電流が流れる。従って、図８（ｃ）に示されるなまし処理後の電流値が一番大きい相が短絡相であると判定される。短絡相が確定すると、その短絡相の電流の正負の向きによって、上アームの短絡であるか、下アームの短絡であるかを判定することができる。具体的には、図９（ｂ）に示されるなまし処理後の電流値の符号が正であれば上アームの短絡であり、負であれば下アームの短絡であると判定される。

短絡アームの判定が終了すると、短絡相及び短絡アームの情報が詳細短絡情報として記憶される（ステップＳ１１７）。また、インバータ３００に生じた短絡が多相短絡である場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）、多相短絡である旨が詳細短絡情報として記憶される（ステップＳ１１７）。詳細短絡情報が記憶されると、詳細短絡検出処理は終了する。尚、ここでは、ステップＳ１１４が「ＮＯ」側に分岐したことをもって多相短絡との判定が下されたが、上述したようにインバータ３００の負荷電流値から多相短絡自体を判定することができる。従って、ステップＳ１１４が「ＮＯ」側に分岐した後、更に多相短絡であるか否かの判定ステップが行われてもよい。

＜３．車両停止判定処理＞
次に、図１１を参照して車両停止判定処理について説明する。ここに、図７は、車両停止判定処理のフローチャートである。車両停止判定処理は、後述する停車時インバータ駆動制御を実行するためにハイブリッド車両１が停止しているか否かを正確に判定するための処理である。車両停止判定処理は、ＨＣＶＥＣＵ１１０が、ＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。

図１１において、先ず停止判定条件が成立するか否かが判定される（ステップＳ２０１）。本実施形態において、停止判定条件は、ＭＧ回転速度Ｎｍｇが所定値Ｎ１未満、且つ、ブレーキペダル操作量Ｔｂが所定値Ｔｂ１以上であることとして定義される。尚、この停止判定条件が成立する場合とは、本発明に係る「電動機の回転数が第１閾値以下であり、且つ、車両を停止させるための停止動作が行われている場合」の一例である。

停止判定条件が成立しない場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、車両は非停止状態にある（即ち、停止状態に無い）と判定される（ステップＳ２０７）。車両が非停止状態にあると判定された場合、停止判定フラグはオフに設定される。車両が非停止状態にあると判定された場合、車両停止判定処理は終了する。尚、車両停止判定処理は、所定周期で繰り返し実行される制御であり、終了後に所定時間が経過すると、再び処理がステップＳ１０１に復帰する。

一方、停止判定条件が成立する場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、停止判定フラグがオフであるか否かが判定される（ステップＳ２０２）。停止判定フラグがオンである場合（ステップ２０２：ＮＯ）、処理はステップＳ２０１に戻される。

停止判定フラグがオフである場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、タイマ計時が開始される（ステップＳ２０３）。このタイマ計時による計測時間は、予め実験的に、経験的に又は理論的に設定された基準時間である。タイマ計時が開始されると、停止判定条件が成立した状態が継続しているか否かが判定される（ステップＳ２０４）。タイマ計時中に停止判定条件が不成立となった場合には（ステップＳ２０４：ＮＯ）、処理はステップＳ２０７に移行される。

停止判定条件が成立している場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、タイマ計時が終了したか否かが判定される（ステップＳ２０５）。即ち、ステップＳ２０５では、停止判定条件が成立した状態が、上記基準時間継続したか否かが判定される。

タイマ計時が終了していない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、即ち、停止判定条件が成立した状態の継続時間が未だ基準時間未満である場合、処理はステップＳ２０４に戻される。

タイマ計時が終了すると（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、ハイブリッド車両１が停止していると判定され、停止判定フラグがオンとされる（ステップＳ２０６）。停止判定フラグがオンとされると、車両停止判定処理は終了する。

＜４．車両停止時インバータ駆動制御＞
次に、図１２を参照し、車両停止時インバータ駆動制御について説明する。ここに、図１２は、車両停止時インバータ駆動制御のフローチャートである。尚、車両停止時インバータ駆動制御は、車両停止時のインバータ３００の電力消費を節減するための制御である。

図１２において、始めに停止判定フラグがオンであるか否かが判定される（ステップＳ３０１）。停止判定フラグがオンである場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、インバータ３００が通常制御中であるか否かが判定される（ステップＳ３０２）。尚、通常制御とは、便宜的に特定相オン制御以外の制御を包括し、例えば上述したＰＷＭ制御を指す。尚、特定相オン制御には、既に述べたように一相オン制御、二相オン制御及び三相オン制御があるが、本実施形態では三相オン制御を例に採って説明することとする。インバータ３００が通常制御中でない場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、即ち、既に三相オン制御の実行中である場合、処理はステップＳ３０１に戻される。

一方、停止判定フラグがオンであり且つ通常制御中である場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１１０は三相オン処理を実行する（ステップＳ４００）。三相オン処理とは、三相オン制御の実行態様を制御する処理である。三相オン処理が終了すると、停車時インバータ駆動制御は終了する。尚、停車時インバータ駆動制御は、上述した車両停止判定処理と同様に所定周期で繰り返し実行される。

一方、ステップ３０１において停止判定フラグがオフである場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、三相オン制御が実行されているか否かが判定される（ステップＳ３０３）。三相オン制御が実行されていない場合（ステップＳ３０３：ＮＯ）、処理はステップＳ３０１に戻される。

ステップＳ３０３において三相オン制御が実行されている場合（ステップＳ３０３：ＹＥＳ）、ＨＶＥＣＵ１１０は復帰指令信号を出力する（ステップＳ３０４）。復帰指令信号が制御バス１１に出力されると、停車時インバータ駆動制御は終了する。尚、復帰指令信号が制御バス１１に出力されると、ＭＧＥＣＵ１２０は実行中の三相オン制御を終了し、インバータ３００の制御態様は、通常制御に復帰する。車両停止時インバータ駆動制御はこのように進行する。

＜５．三相オン処理＞
次に、図１３を参照し、三相オン処理の詳細について説明する。ここに、図１３は、三相オン処理のフローチャートである。

図１３において、先ず、インバータ３００に短絡が生じているか否かが判定される（ステップＳ４０１）。短絡が生じているか否かは、先述の短絡検出処理において設定される短絡検出フラグの状態により判定される。

インバータ３００に短絡が生じていない場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、即ち、短絡検出フラグがオフである場合、ＨＶＥＣＵ１１０は、通常の三相オン制御の実行をＭＧＥＣＵ１２０に指示する（ステップＳ４０６）。通常の三相オン制御の実行を指示する旨の通常三相オン指令信号が制御バス１１に出力されると、この通常三相オン指令信号に応じて、ＭＧＥＣＵ１２０により、インバータ３００に対して三相オン制御が実行される。

三相オン制御は、インバータ３００のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の上アーム（即ち、ｐ側スイッチング素子であり、本発明に係る第１スイッチング素子の一例である）と、下アーム（即ち、ｎ側スイッチング素子であり、本発明に係る第２スイッチング素子の一例である）とのうちいずれか一方の全てをオフ状態とし、他方の全てをオン状態とする制御である。三相オン制御が実行されると、車両停止時にインバータ３００のスイッチング動作が生じないため、スイッチング動作に要する電力消費を節減することができる。

尚、通常の三相オン制御においては上アームと下アームとのうち、いずれのアームがオン状態とされてもよい。或いは、いずれか一方をオン状態とするように予め制御ロジックが定められていてもよい。

尚、ここでは特定相オン制御が三相オン制御である場合について説明しているが、当然ながら、ここで述べられる三相オン制御は、適宜二相オン制御及び一相オン制御に置き換え可能である。

ステップＳ４０１において、インバータ３００に短絡が生じていることが確定している場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、短絡アームに関する情報が存在するか否かが判定される（ステップＳ４０２）。

短絡アームに関する情報が存在しない場合とは、次の場合を意味する。即ち、第一には、先述した詳細短絡情報に短絡アームに関する情報が存在しない場合、即ち、インバータ３００に多相短絡が生じている場合であり、第二には、詳細短絡情報自体が存在しない場合、即ち、短絡相判定条件が成立しなかった場合である。

短絡アームに関する情報が存在しない場合（ステップＳ４０２：ＮＯ）、ＨＶＥＣＵ１１０は三相オン制御を実行しない旨をＭＧＥＣＵ１２０に指示し（ステップＳ４０５）、三相オン処理は終了する。即ち、短絡アームが確定しない場合、上下いずれのアームのスイッチング素子をオンとすればよいかを判断することができないため、三相オン制御は実行されない。

短絡アームに関する情報が存在する場合（ステップＳ４０２：ＹＥＳ）、即ち、インバータ３００に生じた短絡が一相短絡である場合、上アームの短絡であるか否かが判定される（ステップＳ４０３）。上アームの短絡でない場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、即ち、下アームの短絡である場合、下アーム三相オン制御が実行される（ステップＳ４０７）。下アーム三相オン制御とは、下アームの全スイッチング素子をオンとし、上アームの全スイッチング素子をオフとする制御である。

一方、上アームの短絡である場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、更に、下アームが短絡しているか否かが判定される（ステップＳ４０４）。上アームのみならず下アームも短絡している場合（ステップ４０４：ＹＥＳ）即ち上下アームが一相ずつ短絡している場合、ＨＶＥＣＵ１１０は三相オン制御を実行しない旨をＭＧＥＣＵ１２０に指示し（ステップＳ４０５）、三相オン処理は終了する。即ち、上下アームが短絡している場合、三相オン制御により確実に上下アームの短絡が発生するため、三相オン処理は行われない。

ステップＳ４０４において、下アームが短絡していない場合（ステップＳ４０４：ＮＯ）、即ち、インバータ３００の短絡が上アームのみの短絡である場合、上アーム三相オン制御が実行される（ステップＳ４０８）。上アーム三相オン制御とは、上アームの全スイッチング素子をオンとし、下アームの全スイッチング素子をオフとする制御である。

ステップＳ４０７又はＳ４０８により、三相オンするアームを指定して行われる三相オン制御（即ち、通常の三相オン制御と異なる）が実行されると、三相オン処理は終了する。三相オン処理は以上のように実行される。

以上説明したように、本実施形態に係る車両停止時インバータ駆動制御によれば、ハイブリッド車両１の停止時に三相オン制御によりインバータ３００のスイッチングに要する電力を節減することができる。

ここで特に、インバータ３００の一方のアームに短絡が生じている場合には、当該短絡が生じているアームが三相オン制御におけるオン側のアームに設定される。従って、オフ側のアームの電気的絶縁性を常に確保することができ、三相オン制御を安全に運用し、もって車両停止時における電力消費の節減効果を最大限に引き出すことができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１…ハイブリッド車両、１０…ＰＣＵ、１００…制御装置、１１０…ＨＶＥＣＵ、１２０…ＭＧＥＣＵ、２００…昇圧コンバータ、３００…インバータ、４００…ＥＣＴ、Ｂ…直流電源、ＭＧ…モータジェネレータ。

Claims (1)

1. 車両の駆動軸と同期回転する三相交流電動機と、
   前記三相交流電動機の三相の各々に対応する、電気的に直列に接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を備え、前記三相交流電動機に供給される電力を直流から交流に変換する電力変換器と
   を備えた車両を制御する車両制御装置であって、
   前記三相交流電動機の回転数が第１閾値以下であり、且つ、前記車両を停止させるための停止動作が行われている場合に、前記車両が停止していると判定する判定手段と、
   前記第１及び第２スイッチング素子の短絡を検出する短絡検出手段と、
   （ｉ）前記判定手段により前記車両が停止していると判定され且つ前記短絡検出手段により前記第１及び第２スイッチング素子の短絡が検出されなかった場合に、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち一方のアーム側のスイッチング素子の全てをオフに、且つ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち他方のアーム側のスイッチング素子の少なくとも一つをオンにする第１特定相オン制御を行うように前記電力変換器を制御し、（ｉｉ）前記判定手段により前記車両が停止していると判定され且つ前記短絡検出手段により前記第１及び第２スイッチング素子のいずれかの短絡が検出された場合に、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち前記短絡が検出されなかった一方のアーム側のスイッチング素子の全てをオフに、且つ、前記第１スイッチング素子及び前記第２スイッチング素子のうち前記短絡が検出された他方のアーム側のスイッチング素子の少なくとも一つをオンにする第２特定相オン制御を行うように前記電力変換器を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする車両制御装置。

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