JP7020139B2

JP7020139B2 - 自動車

Info

Publication number: JP7020139B2
Application number: JP2018010304A
Authority: JP
Inventors: 豪早坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2022-02-16
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019129618A

Description

本発明は、自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、左右の後輪に駆動力を出力するモータと、モータを駆動するインバータと、各車輪にそれぞれ配置されて摩擦により各車輪に制動力を付与するブレーキとを備え、モータにより駆動される左右の後輪にロック傾向があると判定すると、ブレーキにより左右の後輪の何れか一方の車輪に制動力を付与するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、こうした制御により、モータから伝達される駆動力が上述の一方の車輪に分配されなくなって他方の車輪に全て分配され、他方の車輪の駆動力が大きくなる。これにより、左右の後輪がロックするのを回避し、モータのロックによるインバータの過熱を回避している。

特開２００９－２１９１９０号公報

こうした自動車において、モータからの駆動力の出力中に左右の後輪のうちの何れかが空転したときに、ブレーキにより空転輪に制動力を付与して空転輪およびモータの回転数を低下させると、モータやインバータの特定の相に電流が集中しやすくなり、モータやインバータの温度が上昇して過熱に至る可能性がある。

本発明の自動車は、モータやモータを駆動するインバータが過熱に至るのを抑制することを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
左右の駆動輪に駆動力を出力するモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記左右の駆動輪にそれぞれ制動力を付与する制動力付与装置と、
前記モータを制御すると共に、前記左右の駆動輪のうちの何れかが空転したときに、前記制動力付与装置から前記空転した駆動輪に制動力が付与されるように前記制動力付与装置を制御する空転抑制制御を実行する制御装置と、
を備える自動車であって、
前記制御装置は、前記空転抑制制御の実行時に、前記モータの温度または前記インバータの温度が閾値よりも高いときには、前記閾値以下のときに比して、前記制動力付与装置から前記空転した駆動輪に付与する制動力が小さくなるように前記制動力付与装置を制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、左右の駆動輪のうちの何れかが空転したときに、制動力付与装置から空転した駆動輪（空転輪）に制動力が付与されるように制動力付与装置を制御する空転抑制制御を実行するものにおいて、空転抑制制御の実行時に、モータの温度またはインバータの温度が閾値よりも高いときには、閾値以下のときに比して、制動力付与装置から空転した駆動輪に付与する制動力が小さくなるように制動力付与装置を制御する。これにより、モータの温度またはインバータの温度が閾値よりも高いときに、モータの回転数の低下を抑制し、モータやインバータの特定の相に電流が集中するのを抑制し、モータやインバータが過熱に至るのを抑制することができる。

こうした本発明の自動車において、前記制御装置は、前記空転抑制制御の実行時に、前記モータの温度または前記閾値よりも高いときには、前記モータの温度または前記インバータの温度が高いほど前記制動力付与装置から前記空転した駆動輪に付与する制動力が小さくなるように前記制動力付与装置を制御するものとしてもよい。こうすれば、モータやインバータが過熱に至るのをより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。メインＥＣＵ５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。係数設定用マップの一例を示す説明図である。

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る。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、制動力付与装置としての油圧ブレーキ装置４０と、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。

モータ３２は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを有する同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられると共に電力ラインを介してバッテリ３６に接続されている。このインバータ３４は、６つのスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１～Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１～Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１～Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１～Ｔ１６は、それぞれ、電力ラインの正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１～Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、メインＥＣＵ５０によって、対となるトランジスタＴ１１～Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、上述したように、電力ラインを介してインバータ３４に接続されている。

油圧ブレーキ装置４０は、駆動輪２２ａ，２２ｂや従動輪２２ｃ，２２ｄに取り付けられたブレーキホイールシリンダ４６ａ～４６ｄと、ブレーキアクチュエータ４４と、を備える。ブレーキアクチュエータ４４は、ブレーキホイールシリンダ４６ａ～４６ｄの油圧を調節して駆動輪２２ａ，２２ｂや従動輪２２ｃ，２２ｄに制動力を付与するためのアクチュエータとして構成されている。このブレーキアクチュエータ４４は、ブレーキ用電子制御ユニット（以下、「ブレーキＥＣＵ」という）４８によって駆動制御されている。

ブレーキＥＣＵ４８は、図示しないが、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、通信ポートを備える。ブレーキＥＣＵ４８には、ブレーキアクチュエータ４４を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ブレーキＥＣＵ４８に入力される信号としては、例えば、ブレーキペダル６５の踏込に応じた圧力を生じるマスタシリンダ４２に取り付けられた図示しない圧力センサからのマスタシリンダ圧（ブレーキ踏力）や、駆動輪２２ａ，２２ｂや従動輪２２ｃ，２２ｄに取り付られた車輪速センサ２３ａ～２３ｄからの駆動輪２２ａ，２２ｂや従動輪２２ｃ，２２ｄの車輪速Ｖｗａ～Ｖｗｄを挙げることができる。ブレーキＥＣＵ４８からは、ブレーキアクチュエータ４４への駆動制御信号などが出力ポートを介して出力されている。ブレーキＥＣＵ４８は、メインＥＣＵ５０と通信ポートを介して接続されている。

メインＥＣＵ５０は、図示しないが、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、通信ポートを備える。メインＥＣＵ５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。メインＥＣＵ５０に入力される信号としては、例えば、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（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖ、モータ３２に取り付けられた温度センサ３２ｔからのモータ３２の温度ｔｍを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた図示しない電流センサからのバッテリ３６の電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、グニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。加えて、アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖ、オフロードモードを指示するオフロードモードスイッチ６９からのスイッチ信号も挙げることができる。オフロードモードの詳細については後述する。メインＥＣＵ５０からは、インバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。メインＥＣＵ５０は、上述したように、ブレーキＥＣＵ４８と通信ポートを介して接続されている。メインＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや回転数Ｎｍを演算している。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、メインＥＣＵ５０は、図示しない走行制御ルーチンにより、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６の要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定する。そして、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊に基づいて駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１～Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、オフロードモードで駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れか一方が空転したときの油圧ブレーキ装置４０の動作について説明する。図２は、メインＥＣＵ５０により実行される処理ルーチンの一例を示す説明図である。

図２の処理ルーチンが実行されると、メインＥＣＵ５０は、モータ３２の温度ｔｍや、オフロードモードフラグＦ１、空転フラグＦ２などのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータ３２の温度ｔｍは、温度センサ３２ｔにより検出された値を入力するものとした。オフロードモードフラグＦ１は、オフロードモードスイッチ６９がオフのときには値０が設定され、オフロードモードスイッチ６９がオンのときには値１が設定されたものを入力するものとした。

空転フラグＦ２は、駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れも空転していないときには値０が設定され、駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れかが空転したときには値１が設定されたものを入力するものとした。駆動輪２２ａ，２２ｂが空転しているか否かの判定は、例えば、車輪速センサ２３ａ，２３ｂからブレーキＥＣＵ４８を介して入力される駆動輪２２ａ，２２ｂの車輪速Ｖｗａ，Ｖｗｂから車速センサ６８からの車速Ｖを減じた値（Ｖｗａ－Ｖ），（Ｖｗｂ－Ｖ）と閾値Ｖｒｅｆ１との比較により行なわれる。

こうしてデータを入力すると、入力したオフロードモードフラグＦ１の値および空転フラグＦ２の値を調べる（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）。そして、オフロードモードフラグＦ１が値０のときや、空転フラグＦ２が値０のときには、オフロードモードでなかったり、オフロードモードでも駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れも空転していないと判断し、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０，Ｓ１２０でオフロードモードフラグＦ１が値１で且つ空転フラグＦ２が値１のときには、オフロードモードで駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れかが空転したと判断し、モータ３２の温度ｔｍに基づいて油圧ブレーキ装置４０により空転した駆動輪（空転輪）に制動力を付与する空転抑制制御を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。このように、オフロードモードでは、駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れかが空転したときに空転抑制制御を実行する。空転抑制制御では、メインＥＣＵ５０は、ブレーキＥＣＵ４８との通信により入力される空転した車輪の車輪速が大きいほど大きくなるように要求制動力Ｆｂｋｔａｇを設定し、モータ３２の温度ｔｍに基づいて係数ｋを設定し、要求制動力Ｆｂｋｔａｇに係数ｋを乗じて目標制動力Ｆｂｋ＊を設定してブレーキＥＣＵ４８に送信する。ブレーキＥＣＵ４８は、空転した駆動輪に目標制動力Ｆｂｋ＊が付与されるようにブレーキアクチュエータ４４を制御する。

係数ｋは、モータ３２の温度ｔｍと係数ｋとの関係を予め定めて係数設定用マップとして図示しないＲＯＭに記憶しておき、モータ３２の温度ｔｍが与えられると、このマップから対応する係数ｋを導出して設定するものとした。図３は、係数設定用マップの一例を示す説明図である。図示するように、係数ｋは、モータ３２のｔｍが所定温度ｔｍ１以下の領域では値１が設定され、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高い領域ではモータ３２の温度ｔｍが高いほど値１から小さくなるように設定される。したがって、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高い領域では、モータ３２の温度ｔｍが高いほど小さくなるように目標制動力Ｆｂｋ＊を設定する。

こうした制御により、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１以下のときには、要求制動力Ｔｂｋｔａｇを設定した目標制動力Ｔｂｋ＊を空転した駆動輪に付与する。これにより、駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れかの駆動輪（例えば、駆動輪２２ａ）が脱輪等により空転したときに、モータ３２からの駆動力が空転した駆動輪（例えば、駆動輪２２ａ）に伝達されずに接地している駆動輪（例えば、駆動輪２２ｂ）にだけ伝達されるようにし、車両のその位置からの脱出性能の向上を図ることができる。なお、この場合、空転した駆動輪の車輪速およびモータ３２の回転数Ｎｍが十分に低下するから、モータ３２やインバータ３４の特定の相に電流が集中し、モータ３２やインバータ３４の温度が上昇しやすくなる。

一方、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときには、要求制動力Ｔｂｋｔａｇよりも小さくなるように設定した目標制動力Ｔｂｋ＊を空転した駆動輪に付与する。これにより、空転した駆動輪の車輪速およびモータ３２の回転数の低下を抑制し、モータ３２やインバータ３４の特定の相に電流が集中するのを抑制し、モータ３２やインバータ３４の温度が上昇して過熱に至るのを抑制することができる。しかも、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときには、モータ３２の温度ｔｍが高いほど小さくなるように目標制動力Ｆｂｋ＊を設定する。これにより、モータ３２やインバータ３４が過熱に至るのをより抑制することができる。なお、所定温度ｔｍ１は、係数ｋに値１を設定しても即ち要求制動力Ｔｂｋｔａｇを目標制動力Ｔｂｋ＊に設定してもモータ３２やインバータ３４が過熱に至る可能性が十分に低いと想定される温度範囲の上限として定められる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、駆動輪２２ａ，２２ｂのうちの何れかが空転したときに、油圧ブレーキ装置４０から空転した駆動輪（空転輪）に制動力を付与する空転抑制制御を実行するものにおいて、空転抑制制御の実行時に、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときには、所定温度ｔｍ１以下のときに比して油圧ブレーキ装置４０から空転輪に付与する制動力を小さくする。これにより、空転した駆動輪の車輪速およびモータ３２の回転数の低下を抑制し、モータ３２やインバータ３４の特定の相に電流が集中するのを抑制し、モータ３２やインバータ３４の温度が上昇して過熱に至るのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、空転抑制制御の実行時に、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときには、モータ３２の温度ｔｍが高いほど直線的に小さくなるように係数ｋひいては目標制動力Ｆｂｋ＊を設定するものとした。しかし、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときに所定温度ｔｍ１以下のときに比して小さくなるように係数ｋひいては目標制動力Ｆｂｋ＊を設定するものであればよい。例えば、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１以下のときには、係数ｋに値１を設定し、モータ３２の温度ｔｍが所定温度ｔｍ１よりも高いときには、係数ｋに値１よりも小さい一定値（例えば、０．４や０．５、０．６など）を設定するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、モータ３２に取り付けられた温度センサ３２ｔからのモータの温度ｔｍに基づいて係数ｋひいては目標制動力Ｆｂｋ＊を設定するものとした。しかし、モータ３２の温度ｔｍに代えて、インバータ３４に取り付けられた図示しない温度センサからのインバータ３４の温度ｔｉｎｖに基づいて係数ｋひいては目標制動力Ｆｂｋ＊を設定するものとしてもよい。この場合、例えば、図３の横軸を「モータ３２の温度ｔｍ」から「インバータ３４の温度ｔｉｎｖ」に置き換え、「所定温度ｔｍ１」を「所定温度ｔｉｎｖ１」に置き換えたものを考えればよい。所定温度ｔｉｎｖ１は、所定温度ｔｍ１と同様に定められる。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、バッテリ３６に代えて、キャパシタを用いるものとしてもよい。

実施例では、駆動輪２２ａ，２２ｂに駆動力を出力するモータ３２を備える電気自動車２０の構成としたが、モータ３２に加えてエンジンも備えるハイブリッド自動車の構成としてもよい。

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、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、油圧ブレーキ装置４０が「制動力付与装置」に相当し、メインＥＣＵ５０とブレーキＥＣＵ４８とが「制御装置」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、自動車の製造産業などに利用可能である。

２０電気自動車、２２ａ，２２ｂ駆動輪、２２ｃ，２２ｄ従動輪、２３ａ～２３ｄ車輪速センサ、２４デファレンシャルギヤ、２６駆動軸、３２モータ、３２ａ回転位置検出センサ、３２ｔ温度センサ、３２ｕ，３２ｖ電流センサ、３４インバータ、３６バッテリ、４０油圧ブレーキ装置、４２マスタシリンダ、４４ブレーキアクチュエータ、４６ａ～４６ｄブレーキホイールシリンダ、４８ブレーキＥＣＵ、５０メインＥＣＵ、６０グニッションスイッチ、６１シフトレバー、６２シフトポジションセンサ、６３アクセルペダル、６４アクセルペダルポジションセンサ、６５ブレーキペダル、６６ブレーキペダルポジションセンサ、６８車速センサ、６９オフロードモードスイッチ、Ｄ１１～Ｄ１６ダイオード、Ｔ１１～Ｔ１６トランジスタ。

Claims

左右の駆動輪に駆動力を出力するモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータと電力をやりとりする蓄電装置と、
前記左右の駆動輪にそれぞれ制動力を付与する制動力付与装置と、
走行用の要求トルクを前記モータのトルク指令に設定して前記モータを制御すると共に、前記左右の駆動輪のうちの何れかが空転したときに、前記制動力付与装置から前記空転した駆動輪に制動力が付与されるように前記制動力付与装置を制御する空転抑制制御を実行する制御装置と、
を備える自動車であって、
前記制御装置は、前記空転抑制制御の実行時に、前記モータの温度または前記インバータの温度が閾値よりも高いときには、前記閾値以下のときに比して、前記制動力付与装置から前記空転した駆動輪に付与する制動力が小さくなるように前記制動力付与装置を制御する、
自動車。