JP6098603B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の制御装置に関し、特に、より特定的には、車両衝突時に平滑コンデンサの蓄積電力を放電する制御に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車のように、電動機による車両駆動力で走行可能な車両が広く用いられている。このような車両駆動用電動機の駆動には、バッテリ等の直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧する電源システムが適用される。このような電源システムでは、インバータの入力側（直流電圧側）に平滑コンデンサが用いられる構成が一般的である。

特開２０１３−０５１７５５号公報は、永久磁石型同期モータを駆動源として搭載する車両が衝突した際に、タイヤの空転等に伴って当該モータが回転している場合であっても、当該モータにおける意図しないトルクの発生を抑制しつつ、当該モータに交流電流を供給するインバータの平滑コンデンサの電荷を速やかに放電させる車両の制御装置を開示する。

特開２０１３−０５１７５５号公報

しかしながら、上記特開２０１３−０５１７５５号公報に開示された技術では、モータの回転角を検出する回転角センサが故障している場合に、平滑コンデンサの電荷の放電を実行することについては検討されておらず、改善の余地がある。

本発明は、上記課題を解決するためのなされたものであって、その目的は、回転角センサが故障した場合でも平滑用のコンデンサの電荷を放電させることが可能な車両の制御装置を提供することである。

この発明は、要約すると、車両に搭載されたモータに対して、トルクを発生させるｑ軸電流と、磁界を発生させるｄ軸電流との電流指令値を与えてモータを制御する車両の制御装置であって、モータのロータの回転角を検出する回転角センサと、回転角センサで検出された回転角に基づいて、モータの制御を行なう制御部とを備える。制御部は、モータの制御を実行中に車両の衝突が検出された場合には、回転角センサから得られた回転角に基づいてｑ軸電流をゼロとするとともにｄ軸電流を流すようにモータを駆動するインバータのスイッチング素子のスイッチングパターンを決定し、スイッチングパターンが決定された後には回転角センサで検出された回転角にかかわらず、決定されたスイッチングパターンにてモータのインバータに接続された平滑コンデンサの電荷を放電する。

このように構成することによって、回転角センサが故障していた場合でも、車両衝突時に平滑コンデンサの電荷を放電することができる。回転角センサが故障していなければ、モータにトルクを発生させないで放電が可能であるとともに、回転角センサが故障していても、モータの回転を抑制した状態で放電電流を流すことができる。

好ましくは、モータは、主として発電機として作動する第１モータジェネレータである。車両は、主として車輪を駆動する電動機として作動する第２モータジェネレータをさらに含む。制御部は、第２モータジェネレータに電流を流さずに第１モータジェネレータに電流を流すことによって、衝突した際に平滑コンデンサの電荷を放電させる。

このように構成することによって、第２モータジェネレータで放電を行なうよりも、さらにモータの回転が抑制される。

好ましくは、制御部は、車両の衝突が検出された場合には、回転角センサで検出された回転角を記憶し、記憶した回転角に固定した状態で、ｑ軸電流をゼロとし、ｄ軸電流を流すように、電流指令値を発生させることによってスイッチングパターンを固定する。

このように構成することによって、回転角センサが故障していた場合でも、車両衝突時に平滑コンデンサの電荷を放電することができる。

好ましくは、制御部は、電圧指令と回転角センサの出力とに基づいてインバータのスイッチング素子のスイッチング波形を生成する。制御部は、衝突検出前は、モータ電流と電流指令値との差をフィードバックして指令値の補正を実行し、衝突検出後は、フィードバックを中止し、回転角センサの出力にかかわらず固定した回転角に対応するスイッチングパターンをインバータに固定的に出力する。

このように構成することによって、回転角センサが故障し、かつモータが回転した場合でも、電流フィードバックの影響により放電電流が不安定になるのを防ぐことができる。

本発明によれば、回転角センサが故障した場合でも、モータの回転を抑えた状態で平滑用のコンデンサの電荷を放電させることができる。

本発明による車両の制御装置の適用例として示されるハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。 ＭＧＥＣＵ１４２が実行するモータの制御（ＰＷＭ制御による電流フィードバック）を説明する機能ブロック図である。 永久磁石同期モータの電気角とモータに発生するトルクとの関係を示す図である。 電気角−９０°の位置から放電が開始された状態を示した模式図である。 ロータが回転して電気角９０°の位置に回転角が変化した状態を示した模式図である。 モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転とエンジンの回転との関係を示した共線図である。 放電電流の流れる状況を説明するための波形図である。 実施の形態１において、ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２が実行する放電処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２における放電電流の流れる状況を説明するための波形図である。 実施の形態２において、ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２が実行する放電処理を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中における同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明による車両の制御装置の適用例として示されるハイブリッド車両の構成を示すブロック図である。

図１を参照して、本発明による車両の制御装置が適用されたハイブリッド車両は、バッテリ１０と、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２と、平滑コンデンサＣ１と、エアバックＥＣＵ１７と、電力制御ユニット２０と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、エンジンＥＮＧと、動力分割機構ＰＳＤと、制御装置１４０とを含む。制御装置１４０は、ハイブリッドＥＣＵ１４４と、ＭＧＥＣＵ（Electronic Control Unit）１４２とを含む。モータジェネレータＭＧ１、モータジェネレータＭＧ２およびエンジンＥＮＧは、動力分割機構ＰＳＤを介して互いに連結される。

ＭＧＥＣＵ１４２およびハイブリッドＥＣＵ１４４は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成され、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。

バッテリ１０は、蓄電装置の代表例として示されるものであり、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池を含んで構成される。あるいは、電気二重層キャパシタ等の二次電池以外の蓄電装置をバッテリ１０に代えて用いてもよい。

システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、バッテリ１０からコンバータ１１０に対する電力供給経路を導通／遮断する。具体的には、システムメインリレーＳＭＲ１は、バッテリ１０の正極と正極母線１０１との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ２は、バッテリ１０の負極と負極母線１０２との間に接続される。システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２は、ハイブリッドＥＣＵ１４４からの信号ＳＥにより導通／非導通（オン／オフ）が制御される。

平滑コンデンサＣ１は、正極母線１０１と負極母線１０２との間に接続され、正極母線１０１と負極母線１０２との間の電圧変動を平滑化する。電圧センサ１２０は、平滑コンデンサＣ１の両端の電圧ＶＬを検出し、その検出した電圧ＶＬをＭＧＥＣＵ１４２へ出力する。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、発電機としても電動機としても機能し得るが、モータジェネレータＭＧ１が、主として発電機として動作し、モータジェネレータＭＧ２が、主として電動機として動作する。

電力制御ユニット２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の力行動作時には、バッテリ１０からの直流電圧を昇圧するとともに、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するように動作する。

また、電力制御ユニット２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回生制動時には、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の発電した交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１０を充電するように動作する。

次に、電力制御ユニットの構成を詳細に説明する。
電力制御ユニット２０は、コンバータ１１０と、平滑コンデンサＣ２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応するインバータ１３１，１３２とを含む。

コンバータ１１０は、一例として、昇降圧チョッパ回路により構成され、リアクトルＬ１と、電力用半導体スイッチング素子（以下、単にスイッチング素子とも称する）Ｑ１，Ｑ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含む。この実施の形態におけるスイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が適用される。

コンバータ１１０は、正極母線１０１と正極母線１０３との間で双方向の直流電圧変換を実行する。

正極母線１０３および負極母線１０２の間には、平滑コンデンサＣ２が接続されている。平滑コンデンサＣ２は、コンバータ１１０からの直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ１３１，１３２へ供給する。電圧センサ１２２は、平滑コンデンサＣ２の両端の電圧ＶＨを検出し、その検出した電圧ＶＨをＭＧＥＣＵ１４２へ出力する。

インバータ１３１は、エンジンＥＮＧのクランクシャフトから伝達する回転トルクによってモータジェネレータＭＧ１が発電した電力をコンバータ１１０に戻す。

インバータ１３１は、Ｕ相アーム１５１を構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、Ｖ相アーム１５２を構成するスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６と、Ｗ相アーム１５３を構成するスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８とを含む。また、各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流す逆並列ダイオードＤ３〜Ｄ８がそれぞれ接続されている。スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８は、ＭＧＥＣＵ１４２からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１に基づいてオンオフ制御、すなわちスイッチング制御される。

モータジェネレータＭＧ１は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが中性点に共通接続されて構成された３相永久磁石モータである。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２には、ロータの回転位置検出用の回転角センサ１６１，１６２がそれぞれ取り付けられている。回転角センサ１６１，１６２は、代表的には、レゾルバにより構成される。

インバータ１３２は、モータジェネレータＭＧ２に対してコンバータ１１０の出力する直流電圧を三相交流電圧に変換して出力する。また、インバータ１３２は、回生制動に伴ない、モータジェネレータＭＧ２において発電された電力をコンバータ１１０に戻す。

インバータ１３２の内部構成は、図示しないがインバータ１３１と同様であり、詳細な説明は繰り返さない。インバータ１３２の各相アームを構成するスイッチング素子は、ＭＧＥＣＵ１４２からのスイッチング制御信号ＰＷＭＩ２に基づいてスイッチング制御される。

モータジェネレータＭＧ２は、モータジェネレータＭＧ１と同様に、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが中性点に共通接続されて構成された３相永久磁石モータである。

ハイブリッドＥＣＵ１４４は、各種ペダル操作などに基づき、所望の駆動力発生や発電が行なわれるように、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転指令を生成して、ＭＧＥＣＵ１４２へ出力する。この運転指令には、各モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の運転許可／禁止指示や、トルク指令値、回転数指令等が含まれる。

ＭＧＥＣＵ１４２は、モータジェネレータＭＧ１に配置された電流センサ（図示せず）および回転角センサ１６１からの各相のモータ駆動電流および回転子の回転角の検出値に基づくフィードバック制御により、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を発生する。スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１は、ハイブリッドＥＣＵ１４４からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ１が動作するように、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

また、ＭＧＥＣＵ１４２は、モータジェネレータＭＧ２に配置された電流センサ（図示せず）からの各相のモータ駆動電流および回転子の回転角の検出値に基づくフィードバック制御により、スイッチング制御信号ＰＷＭＩ２を発生する。スイッチング制御信号ＰＷＭＩ２は、ハイブリッドＥＣＵ１４４からの運転指令に従ってモータジェネレータＭＧ２が動作するように、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ８に対応するインバータ１３２中のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。

さらに、ＭＧＥＣＵ１４２は、ハイブリッドＥＣＵ１４４からの運転指令に基づいて、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の高効率化のためのモータ動作電圧、すなわち、インバータ１３１，１３２の直流側電圧に相当する直流電圧ＶＨの電圧指令値を算出する。そして、通常動作時には、直流電圧ＶＨが電圧指令値に一致するように、コンバータ１１０のデューティがフィードフォワードおよび／またはフィードバック制御される。

本実施の形態では、エアバックＥＣＵ１７から衝突発生を検知したことを示す信号がハイブリッドＥＣＵ１４４に送信される。ハイブリッドＥＣＵ１４４は、当該信号に基づいて、ハイブリッド車両の衝突発生を検知し、ＭＧＥＣＵ１４２に放電要求を出力する。

ＭＧＥＣＵ１４２は、通常はモータジェネレータＭＧ１の回転制御を行なっているが、放電要求を受けると、モータジェネレータＭＧ１が回転しないように制御しつつ、平滑コンデンサＣ２の電荷を放電するように放電電流をモータジェネレータＭＧ１のステータコイルに流す。

放電電流を流す制御を説明する前に、ＭＧＥＣＵ１４２が実行するモータジェネレータＭＧ１の回転制御について、機能ブロック図を用いて説明する。

図２は、ＭＧＥＣＵ１４２が実行するモータの制御（ＰＷＭ制御による電流フィードバック）を説明する機能ブロック図である。なお、図２のブロック図に記載された各機能ブロックについては、当該ブロックに相当する機能を有する回路（ハードウェア）で構成してもよいし、予め設定されたプログラムに従ってＭＧＥＣＵ１４２がソフトウェア処理を実行することにより実現してもよい。

図２を参照して、ＭＧＥＣＵ１４２は、電流指令生成部２１０と、座標変換部２２０，２５０と、減算部２３０，２３５と、電圧指令生成部２４０と、ＰＷＭ変調部２６０と、搬送波制御部２７０と、回転周波数演算部２９０と、電流サンプリング部２０５とを含む。

電流サンプリング部２０５は、一定周期で発生されるサンプリング指示に応答して電流センサ２４の出力をサンプリングすることによって、Ｖ相およびＷ相の電流検出値ＩｖおよびＩｗを取得する。Ｕ相の電流検出値Ｉｕについては、Ｉｕ＝−（Ｉｖ＋Ｉｗ）によって求められる。あるいは、Ｕ相に電流センサ２４をさらに設けて、Ｕ相電流Ｉｕについて、電流センサ２４の出力値のサンプリングによって求めることとしてもよい。

同期ＰＷＭ制御では、電流サンプリング指示は、搬送波と同期させて発生される。たとえば、搬送波の半周期毎に、電流サンプリング指示が発せられる。

ＭＧＥＣＵ１４２は、電流サンプリング部２０５による電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを用いた制御演算に従って、モータジェネレータＭＧ１を制御するように構成される。

電流指令生成部２１０は、予め作成されたテーブル等に従って、モータジェネレータＭＧ１のトルク指令値Ｔｒｑｃｏｍに応じて、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃｏｍおよびｑ軸電流指令値Ｉｑｃｏｍを生成する。

座標変換部２２０は、回転角センサ１６１によって検出されるモータジェネレータＭＧ１の回転角θを用いた座標変換（変換３相→２相）により、電流サンプリング部２０５からの電流検出値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。

電圧指令生成部２４０には、ｄ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｄ（ΔＩｄ＝Ｉｄｃｏｍ−Ｉｄ）およびｑ軸電流の指令値に対する偏差ΔＩｑ（ΔＩｑ＝Ｉｑｃｏｍ−Ｉｑ）が入力される。電圧指令生成部２４０は、ｄ軸電流偏差ΔＩｄおよびｑ軸電流偏差ΔＩｑのそれぞれについて、所定ゲインによるＰＩ（比例積分）演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯を生成する。

座標変換部２５０は、モータジェネレータＭＧ１の回転角θを用いた座標変換（２相→３相）によって、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ♯およびｑ軸電圧指令値Ｖｑ♯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに変換する。

回転周波数演算部２９０は、回転角センサ１６１の出力（回転角θ）に基づいて、モータジェネレータＭＧ１の回転周波数ωｅを演算する。

搬送波制御部２７０は、回転周波数演算部２９０によって演算された回転周波数ωｅおよび同期パルス数ｋに基づいて、搬送波周波数ｆｃを設定する。なお、同期パルス数ｋについては、固定値としてもよいが、モータジェネレータＭＧ１および／またはインバータ１３１の動作状態に応じて可変に設定してもよい。

搬送波制御部２７０は、同期パルス数ｋと、演算された回転周波数ωｅとに基づいて搬送波周波数ｆｃを設定する。同期ＰＷＭでの搬送波周波数ｆｃは、ｆｃ＝ｋ・ωｅに設定される。同期パルス数ｋは、モータジェネレータＭＧ１として三相モータを使用する場合には、ｋは３の倍数とされる。

ＰＷＭ変調部２６０は、搬送波制御部２７０によって設定された搬送波周波数ｆｃに従って搬送波を発生するとともに、座標変換部２５０からの各相電圧指令Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと、搬送波との電圧比較に従って、インバータ１３１のスイッチング制御信号ＰＷＭＩ１を生成する。スイッチング制御信号ＰＷＭＩ１に従って、インバータ１３１の各相上下アーム素子のオンオフを制御することによって、モータジェネレータＭＧ１の各相に、疑似正弦波電圧が印加される。

ＭＧＥＣＵ１４２には、図１に示したハイブリッドＥＣＵ１４４から、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電させる放電要求信号ＳＤが与えられる。ハイブリッドＥＣＵ１４４は、車両が衝突した場合、これを検出したエアバックＥＣＵ１７からの信号に応じて放電要求信号ＳＤを出力する。また、ハイブリッドＥＣＵ１４４は、ユーザが車両走行を終了しイグニッションキーをオフするなどの操作によって発生する信号ＩＧに応じて放電要求信号ＳＤを出力する。

放電要求信号ＳＤが与えられると、ＭＧＥＣＵ１４２は、モータジェネレータＭＧ１に電流を流すことによって、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電させる。その際に、モータにトルクが発生しないように、電流指令生成部２１０は、放電要求信号ＳＤに応じて、電流指令値Ｉｑｃｏｍをゼロに設定する一方、電流指令値Ｉｄｃｏｍを所定値に設定する。これにより、モータジェネレータＭＧ１にトルクが発生しない状態でモータジェネレータＭＧ１に電流を流すことができる。

ここで、回転角センサ１６１が正常に回転角θを検出している場合には、モータジェネレータＭＧ１にトルクが発生しないが、回転角センサ１６１が故障している場合には、電流指令値Ｉｑｃｏｍがゼロに設定されても、座標変換部２５０による座標変換を行なう際に使用されるθが正しい値ではないので、モータジェネレータＭＧ１にトルクが発生する恐れがある。

そこで、本実施の形態では、ＭＧＥＣＵ１４２に角度記憶部２００を設けて、放電要求信号ＳＤが与えられた場合には、そのときの回転角センサ１６１の角度θを記憶し、記憶した角度（固定角θｆとする）を座標変換部２２０，２５０に供給する。固定角θｆは、０〜３６０°範囲のいずれかの値となる。このように回転角を固定すると、回転角センサ１６１が正常に回転角θを検出している場合には、モータジェネレータＭＧ１にトルクが発生しないことには変わりはない。一方で、回転角センサ１６１が故障している場合でも、モータジェネレータＭＧ１に発生するトルクを、車両の大きな動きとならない程度に抑えることが可能である。以下に、回転角を固定することの意味について説明する。

図３は、永久磁石同期モータの電気角とモータに発生するトルクとの関係を示す図である。図３に示される曲線は、電流値が一定の場合のトルク曲線である。ロータの検出角を基準として、電気角９０°の位置に放電電流を流すと（ｑ軸電流をゼロとし、ｄ軸電流で放電すると）、発生するトルクはゼロとなる。電気角０°の位置に放電電流を流すと、ｑ軸電流が流れることになり、トルクが発生する。

回転角センサ１６１が正常ならば、正確に電気角９０°（ｄ軸電流のみ）の位置で放電は可能であるが、回転角センサ１６１が故障している場合には、実際には、どの電気角で放電が行なわれているのかわからない。

しかし、どの電気角で電流を流しても、図３に示すように−９０°と９０°ではトルクはゼロになる。したがって、トルクがゼロでない位置で放電を行ないモータのロータが回転したとしても、−９０°と９０°ではトルクはゼロになる。このため、最大でも−９０°から９０°までの１８０°しかロータは回転しない。電気角１８０°は、たとえば、４極対モータの場合には、機械角では４５°に相当する。ギヤ比などで多少変化するが、仮に駆動軸に直結されたモータジェネレータＭＧ２で放電を行なったとしても、車両では、移動量は２ｃｍ程度にしかならない。

回転角センサが故障によって誤った角度を出力した場合、電気角を固定して放電を行なうと、ロータが回転したとしても回転角が限られることについて模式図を用いて説明する。

回転角センサの故障によって、ＭＧＥＣＵが、正しい値とは１８０°異なる値を、仮に現在のロータの回転角として認識したとする。この場合、電気角−９０°の位置で放電が開始される。すなわち、電気角９０°（トルクゼロ）の位置に磁界を発生させたつもりが、回転角センサの故障によって、電気角−９０°の位置に磁界が発生する。

図４は、電気角−９０°の位置から放電が開始された状態を示した模式図である。図５は、ロータが回転して電気角９０°の位置に回転角が変化した状態を示した模式図である。図４、図５において、ロータＲの外側にステータＳが配置されている。そして、ステータＳの外側には、ステータで発生される磁界を模式的にあらわすためにＮ磁極Ｍ１と、Ｓ磁極Ｍ２とが記載されている。図４では、ｑ軸電流をゼロ、ｄ軸電流を所定値にするように、ステータＳのステータコイルに電流が流されるが、ロータＲの回転角の認識が１８０°ずれた状態であるので、ロータＲのＮ極Ｓ極と反発するように磁界が発生してしまっている。

図４では、Ｎ磁極Ｍ１とロータＲのＮ極とが反発し、Ｓ磁極Ｍ２とロータＲのＳ極とが反発するので、矢印に示す向きにロータＲが回転する。

ここで、回転角センサの回転角θが記憶され固定されていれば、ステータＳが発生する磁界も回転せずに固定されたままである。したがって、図５に示すようにロータＲが図４の位置から電気角で１８０°だけ回転して電気角９０°の位置となっても、ステータで発生する磁界は図４のときと同じである。そして、電気角で９０°の位置では、トルクはゼロであるので、ロータは、図５に示した位置で停止し、それ以上回転しない。

つまり、ステータＳに流す電流の位置、大きさを一定にすると、電気角−９０°付近（図４）で放電した場合にロータＲは回転するが、原理上、電気角９０°（図５）以上はロータＲは回転しない。

加えて、本実施の形態では、駆動軸に直結されたモータジェネレータＭＧ２ではなくて、モータジェネレータＭＧ１に放電電流を流すので、車両の駆動軸に生じる回転はさらに小さくなる。

図６は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の回転とエンジンの回転との関係を示した共線図である。図１の動力分割機構ＰＳＤは、遊星歯車機構であり、サンギヤにモータジェネレータＭＧ１の回転軸が接続され、リングギヤにモータジェネレータＭＧ２の回転軸が接続され、プラネタリキャリヤにはエンジンＥＮＧの回転軸が接続されている。なお、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、車両の駆動輪を駆動させる駆動軸とチェーンまたはギヤによって接続されている。これらの回転速度は、図６に示すように直線上に並んだ位置になる。

ここで、放電電流を流したときに発生したトルクによって、モータジェネレータＭＧ１の回転軸がＸ°負の方向に回転した場合について検討する。エンジンが回転していなければ、プラネタリギヤのギヤ比をρ（ただし０＜ρ＜１で、代表的にはρ＝０．５）とすると、モータジェネレータＭＧ２の回転軸の回転角はρＸ°となる。そして、エンジンが逆回転する分を考慮すると、モータジェネレータＭＧ２の回転軸は、（ρＸ−α）°となり、ρＸ°よりもさらに小さい角度となる。

つまり、モータジェネレータＭＧ２に電気角を固定して放電電流を流しても、電気角１８０°分回転するだけですみ、４極対モータでは、機械角４５°の回転となりたとえば２ｃｍ程度車両が移動するのに過ぎない。そしてさらに、モータジェネレータＭＧ２に代えてモータジェネレータＭＧ１で放電することとすれば、プラネタリギヤのギヤ比ρが１より小さく設定されているので、車両の駆動軸に生じる回転角はさらに小さくなる。したがって、放電時にトルクが生じて車両が移動する距離を例えば２ｃｍよりもさらに小さくすることができる。

図７は、放電電流の流れる状況を説明するための波形図である。図１、図７を参照して、時刻ｔ１までは放電は開始されておらず、平滑コンデンサＣ２の電圧ＶＨは６００Ｖである。時刻ｔ１において車両の衝突が検出されると、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２が遮断された後に、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷の放電が開始される。時刻ｔ１〜ｔ２では、モータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルには正の電流Ｉｕが流れ、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルには負の電流Ｉｖ，Ｉｗが流れるように、インバータ１３１が制御される。

Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルは、中性点に一方端が接続されているのでＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるので、たとえばＩｕ＝１とすると、Ｉｗ＝Ｉｖ＝−０．５となるように、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６，Ｑ８のスイッチングデューティー比が制御される。

その結果、時刻ｔ１〜ｔ２の間において、電圧ＶＨは６００Ｖから０Ｖに低下し、時刻ｔ２で放電が完了となる。

図８は、実施の形態１において、ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２が実行する放電処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間の処理サイクルごとに実行される。

図１、図８を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、ステップＳ１において車両に衝突が発生したか否かが判断される。エアバックＥＣＵ１７が車両の衝突を監視しており、衝突時には衝突を示す信号がエアバックＥＣＵ１７から送信されてくる。ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２は、衝突を示す信号を受けたか否かで車両に衝突が発生したかを判断する。

ステップＳ１において、車両に衝突が発生していないと判断された場合（Ｓ１でＮＯ）、ステップＳ８に処理が進められる。一方、車両に衝突が発生したと判断された場合（Ｓ１でＹＥＳ）、ステップＳ２に処理が進められる。ステップＳ２では、ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２は、エンジンＥＮＧを停止し、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２を遮断する。

続いて、ステップＳ３において、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２の回転を停止する制御が実行される。たとえば、図１において、インバータ１３１の下アーム（スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８）をオフしている状態で、上アーム（スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７）を同時にオンすることによって、モータジェネレータＭＧ１の回転の抵抗を増やすような処理を行なう。逆に、インバータ１３１の上アーム（スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７）をオフしている状態で、下アーム（スイッチング素子Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８）を同時にオンするようにしてもよい。またインバータ１３２に対しても同様な制御を行なう。

続いて、ステップＳ４において、放電要求の有無が判断される。車両の衝突が検出された場合や、車両が駐車され、ユーザがイグニッションキーをオフしたときにハイブリッドＥＣＵ１４４が放電要求をＯＮ状態とする。放電要求はハイブリッドＥＣＵ１４４からＭＧＥＣＵ１４２に伝達される。

ステップＳ４において、放電要求がＯＮ状態でないと判断された場合（Ｓ４でＮＯ）、ステップＳ８に処理が進められる。一方、放電要求がＯＮ状態であると判断された場合（Ｓ４でＹＥＳ）、ステップＳ５に処理が進められる。

ステップＳ５では、放電要求の前回値（前回処理サイクルでの値）がＯＦＦであったか否かが判断される。ステップＳ５において、放電要求の前回値がＯＦＦであった場合には、ステップＳ６に処理が進められる（Ｓ５でＹＥＳ）。この場合は、放電要求がＯＦＦからＯＮに変化した時点であることが判断されたことになる。ステップＳ６においては、そのときに回転角センサ１６１で検出されていた電気角θが記憶される。記憶された電気角をθｆとすると、ステップＳ７において、この固定した電気角θｆに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑ＝０した状態で、所定のｄ軸電流Ｉｄを放電電流として流すようにＭＧ１で放電が実行される。

なお、ステップＳ５において放電要求の前回値がＯＦＦでなかった場合には（Ｓ５でＮＯ）、すでに電気角はθｆに固定されているので、ステップＳ６の処理は実行されずにステップＳ７に処理が進められる。

以上説明したように、本実施の形態の制御を実行すれば、回転角センサ１６１が故障していない場合には、トルクが発生しないようにモータジェネレータＭＧ１に放電電流が流される一方で、回転角センサ１６１が故障した場合でも、モータジェネレータＭＧ１にトルクが発生し続けて回転することは避けられ、モータジェネレータＭＧ１の回転を少ない回転角で抑えることができる。この場合には、特に回転角センサ１６１の故障の有無によって処理を変える必要もない。

［実施の形態２］
実施の形態１では、衝突時に回転角センサ１６１の検出角θを一旦記憶し、その後は記憶した電気角θｆに固定した状態で放電電流をモータジェネレータＭＧ１に流すように制御を実行した。

しかし、電気角θｆに固定して放電電流を流す制御を行なっても、モータジェネレータＭＧ１のロータが回転するとステータコイルに流れる電流が目標値とずれるので電流フィードバックがかかり、電流値が乱れる可能性がある。

より詳細に説明すると、図２の電流センサ２４によって、モータジェネレータＭＧ１のステータコイルに流れる電流がモニタされており、電流サンプリング部２０５、座標変換部２２０を経由するフィードバック経路によって、電流指令値に補正が実行される。このため、電流指令値ではＩｑ＝０とするように設定されていても、モータジェネレータＭＧ１のロータが回転すると、Ｉｑがゼロからずれるので、偏差をゼロにするように指令値に補正がかかり指令値が変動する可能性がある。

そこで、実施の形態２では、衝突検出時に、回転角センサ１６１の検出角θによって、放電電流を流すためにインバータ１３１に対するスイッチングパターンが一度決定された後は、スイッチングパターンを固定する。たとえば、図２の角度記憶部２００で角度を固定するとともに、電圧指令生成部２４０が生成する電圧指令Ｖｄ＃，Ｖｑ＃を固定しても良いし、またたとえば、座標変換部２５０の出力（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を固定しても良い。

図９は、実施の形態２における放電電流の流れる状況を説明するための波形図である。図１、図９を参照して、時刻ｔ１１までは放電は開始されておらず、平滑コンデンサＣ２の電圧ＶＨは６００Ｖである。時刻ｔ１１において車両の衝突が検出されると、システムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２が遮断された後に、平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷の放電が開始される。時刻ｔ１１〜ｔ１５では、モータジェネレータＭＧ１のＵ相コイルには正の電流Ｉｕが流れ、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルには負の電流Ｉｖ，Ｉｗが流れるように、インバータ１３１が制御される。

Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルは、中性点に一方端が接続されているのでＩｕ＋Ｉｖ＋Ｉｗ＝０であるので、たとえばＩｕ＝１とすると、Ｉｗ＝Ｉｖ＝−０．５となるように、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ６，Ｑ８のスイッチングデューティー比が制御される。

このとき、Ｕ相ＩＧＢＴ（スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４）にはＩｕに相当するデューティー比のスイッチングパターンがｔ１２〜ｔ１３，ｔ１３〜ｔ１４，ｔ１４〜ｔ１５と繰り返し印加される。同様に、Ｖ相ＩＧＢＴ（スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６）にはＩｖに相当するデューティー比のスイッチングパターンが繰り返し印加され、Ｗ相ＩＧＢＴ（スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８）にはＩｗに相当するデューティー比のスイッチングパターンが繰り返し印加される。

なお、図９に示したスイッチングパターンの波形は、各相のデューティー比を簡便に示したものであり、厳密にスイッチングタイミングを示したものではない。

実施の形態２では、これらのスイッチング素子へのスイッチングパターンを、回転角センサ１６１および電流センサ２４の検出値にかかわらず固定する。

その結果、たとえ、車輪が慣性力や外力などによって回転している場合でも放電の制御を安定化させることができる。

図１０は、実施の形態２において、ハイブリッドＥＣＵ１４４およびＭＧＥＣＵ１４２が実行する放電処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、一定時間の処理サイクルごとに実行される。

図１、図１０を参照して、このフローチャートのステップＳ１〜Ｓ５の処理は、実施の形態１の図８における処理と同じであるので説明は繰り返さない。

実施の形態２では、ステップＳ５において、放電要求の前回値がＯＦＦであった場合には、ステップＳ６Ａに処理が進められる（Ｓ５でＹＥＳ）。この場合は、放電要求がＯＦＦからＯＮに変化した時点であることが判断されたことになる。ステップＳ６Ａにおいては、そのときに回転角センサ１６１で検出されていた電気角θに対応するスイッチングパターンが固定される。

たとえば、実施の形態１で図２の角度記憶部２００で角度を固定角θｆに固定したことに加えて、電流フィードバックによる補正が行なわれないように、電圧指令生成部２４０が生成する電圧指令Ｖｄ＃，Ｖｑ＃を固定すれば良い。また、たとえば、角度の固定を行なわなくも、座標変換部２５０の出力（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ）を固定しても良い。

そして、ステップＳ７Ａにおいて、この固定されたスイッチングパターンでｑ軸電流Ｉｑがゼロとなった状態で、所定のｄ軸電流Ｉｄを放電電流として流すようにインバータ１３１のスイッチングが行なわれ、モータジェネレータＭＧ１で放電が実行される。

実施の形態２では、実施の形態１よりもさらに安定して放電の制御を実行することが可能となる。

最後に、実施の形態１，２について、再び図面を参照して総括する。図１を参照して、実施の形態１および２に係る車両の制御装置は、モータのロータの回転角を検出する回転角センサ１６１と、回転角センサ１６１で検出された回転角に基づいて、モータの制御を行なう制御装置１４０とを備える。制御装置１４０は、モータの制御を実行中に車両の衝突が検出された場合には、回転角センサ１６１から得られた回転角に基づいて、ｑ軸電流をゼロとするとともにｄ軸電流を流すように、モータを駆動するインバータのスイッチング素子のスイッチングパターンを決定し、スイッチングパターンが決定された後には回転角センサで検出された回転角にかかわらず、決定されたスイッチングパターンでスイッチング素子にスイッチングを継続させて、モータのインバータに接続された平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電する。

このように構成することによって、回転角センサ１６１が故障していた場合でも、車両衝突時に平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電することができる。回転角センサ１６１が故障していなければ、モータにトルクを発生させないで放電が可能であるとともに、回転角センサ１６１が故障していても、モータの回転を抑制した状態で放電電流を流すことができる。

上記の制御を行なうモータは、モータジェネレータＭＧ２であっても良いが、好ましくは、モータは、主として発電機として作動するモータジェネレータＭＧ１である。車両は、主として車輪を駆動する電動機として作動する第２モータジェネレータをさらに含む。制御装置１４０は、モータジェネレータＭＧ２に電流を流さずにモータジェネレータＭＧ１に電流を流すことによって、衝突した際に平滑コンデンサの電荷を放電させる。

このように構成することによって、図６で説明したように、モータジェネレータＭＧ２で放電を行なうよりも、さらにモータの回転（車両の移動量）が抑制される。

好ましくは、実施の形態１および図２に示したように、制御装置１４０は、車両の衝突が検出された場合には、回転角センサ１６１で検出された回転角θを記憶し、記憶した回転角θｆに固定した状態で、ｑ軸電流をゼロとし、ｄ軸電流を流すように、電流指令値を発生させることによってスイッチングパターンを固定する。

このように構成することによって、回転角センサ１６１が故障していた場合でも、車両衝突時に平滑コンデンサＣ１，Ｃ２の電荷を放電することができる。

好ましくは、実施の形態２で説明したように、制御装置１４０は、電圧指令と回転角センサの出力とに基づいてインバータのスイッチング素子のスイッチング波形を生成する。制御装置１４０は、衝突検出前は、モータ電流と電流指令値との差をフィードバックして指令値の補正を実行し、図９、図１０に示したように衝突検出後は、フィードバックを中止し、回転角センサ１６１の出力にかかわらず固定した回転角に対応するスイッチングパターンをインバータ１３１に固定的に出力する。

このように構成することによって、回転角センサ１６１が故障し、かつモータが回転した場合でも、電流フィードバックの影響により放電電流が不安定になるのを防ぐことができる。

今回開示された実施の形態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特許請求の範囲によって示され、特許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。

１０ バッテリ、１７ エアバックＥＣＵ、２０ 電力制御ユニット、２４ 電流センサ、１０１，１０３ 正極母線、１０２ 負極母線、１１０ コンバータ、１２０，１２２ 電圧センサ、１３１，１３２ インバータ、１４０ 制御装置、１４４ ハイブリッドＥＣＵ、１６１，１６２ 回転角センサ、２００ 角度記憶部、２０５ 電流サンプリング部、２１０ 電流指令生成部、２２０，２５０ 座標変換部、２３０，２３５ 減算部、２４０ 電圧指令生成部、２６０ 変調部、２７０ 搬送波制御部、２９０ 回転周波数演算部、Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード、ＥＮＧ エンジン、Ｌ１ リアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＳＤ 動力分割機構、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｒ ロータ、Ｓ ステータ、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (3)

1. 車両に搭載されたモータに対して、トルクを発生させるｑ軸電流と、磁界を発生させるｄ軸電流との電流指令値を与えて前記モータを制御する車両の制御装置であって、
   前記モータのロータの回転角を検出する回転角センサと、
   前記回転角センサで検出された回転角に基づいて、前記モータの制御を行なう制御部とを備え、
   前記制御部は、前記モータの制御を実行中に車両の衝突が検出された場合には、前記回転角センサから得られた回転角に基づいて前記ｑ軸電流をゼロとするとともに、前記ｄ軸電流を流すように前記モータを駆動するインバータのスイッチング素子のスイッチングパターンを決定し、前記スイッチングパターンが決定された後には前記回転角センサで検出された回転角にかかわらず、前記スイッチングパターンにて前記モータのインバータに接続された平滑コンデンサの電荷を放電し、
   前記モータは、主として発電機として作動する第１モータジェネレータであり、
   前記車両は、
   主として車輪を駆動する電動機として作動する第２モータジェネレータと、
   内燃機関と、
   前記第１モータジェネレータ、前記第２モータジェネレータ、および前記内燃機関に連結された遊星歯車機構とをさらに含み、
   前記遊星歯車機構は、前記内燃機関の回転軸を固定した状態とすると前記第１モータジェネレータの回転数と前記第２モータジェネレータの回転数を１：ρの比率となるように拘束し、ρは０より大きく１より小さい数であり、
   前記制御部は、衝突した際に、前記第２モータジェネレータに電流を流さずに前記第１モータジェネレータに電流を流す期間を設けて、前記平滑コンデンサの電荷を放電させる、車両の制御装置。
2. 前記制御部は、車両の衝突が検出された場合には、前記回転角センサで検出された回転角を記憶し、前記モータの制御に用いる回転角を記憶した回転角に固定した状態で、前記ｑ軸電流をゼロとし、前記ｄ軸電流を流すように、前記電流指令値を発生させることによって前記スイッチングパターンを固定する、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記制御部は、電圧指令と前記回転角センサの出力とに基づいて前記インバータのスイッチング素子のスイッチング波形を生成し、
   前記制御部は、衝突検出前は、モータ電流と前記電流指令値との差をフィードバックして指令値の補正を実行し、衝突検出後は、前記フィードバックを中止し、前記回転角センサの出力にかかわらず固定した回転角に対応するスイッチングパターンを前記インバータに固定的に出力する、請求項１に記載の車両の制御装置。

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