JP7386096B2 - インバータ回路 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載されモータに駆動電力を供給するインバータ回路に関する。

駆動源をモータとする電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両の高度化により、モータに電力を供給するインバータとその制御回路の高機能化が求められている。これらの車両では、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）によって、種々のセンサからの検出信号、車載装置からの信号をもとに車両の走行状態、運転者による運転操作状態等を判定している。

通常、車両には、パーキング時に車軸の回転を阻止するパーキングロック機構が設けられている。電気自動車等においても、パーキングロック中にタイヤと共に回転するギヤにロックピンを噛み合わせる等により、タイヤを機械的に固定することで停車させている。

特許文献１は、車両において、パーキングロック機構のパーキングギヤが爪と噛み合うようにパーキングギヤの歯溝の停止位置を調整し、パーキングギヤをロックして電動モータの出力軸を機械的に固定することで、パーキングレンジが選択された後の車両のずり下がりを防止するようにインバータを制御するパーキングロック制御装置を開示している。

特開２０１８－１７６８３２号公報

特許文献１等に記載のパーキングロック制御装置を搭載した電気自動車等では、運転者によるアクセルペダル等の操作に対応する指令によってモータへの通電が行われるので、パーキングロック中にペダルを踏むと、モータへ通電されてもモータは回転することができない。

このときインバータの上位制御部は、モータからの回転信号が到来しないため、さらに多くの電力を供給してモータを回転させるように制御する。その結果、パーキングロック中、モータには大電流が流れ、モータの温度上昇、インバータ回路の温度上昇、電力の消費等の問題が生じる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電気自動車等においてパーキングロック中にアクセルペダルが操作された場合でも、モータへの通電を回避できるインバータ回路を提供することである。

上記の目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として以下の構成を備える。すなわち、本願の例示的な第１の発明は、車両の駆動源としての電動モータを駆動するインバータ回路であって、前記車両の駆動輪の回転を抑止するパーキングロック指示を検出するパーキングロック指示検出部と、前記パーキングロック指示が検出された場合、前記電動モータへの駆動電流を停止する通電停止部と、前記車両の駆動輪を機械的にロックするパーキングロック機構に対して、ロック状態へと移行する動作指示、または前記ロック状態を解除する動作指示を出力するロック動作指示出力部と、前記ロック状態の解除指令を検出するロック解除検出部と、前記解除指令が検出された場合、前記電動モータが外力によって一定角度以上回転しないように制御する制御部と、を備え、前記解除指令が検出され、かつ前記制御部の制御を解除する操作を検知した場合、前記ロック動作指示出力部は、前記パーキングロック機構に対して前記ロック状態を解除する指示信号を出力することを特徴とする。

本願の例示的な第２の発明は、電動モータ駆動用のインバータ制御装置であって、上記例示的な第１の発明に係るインバータ回路によって前記電動モータを駆動制御することを特徴とする。

本願の例示的な第３の発明は、車両駆動装置であって、上記例示的な第２の発明に係るインバータ制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、電気自動車等のパーキングロック中にアクセルが操作されても駆動源であるモータへの電力供給を行わないことで、インバータ回路とモータの温度上昇を抑えて故障を回避するとともに、バッテリの電力消費を抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係るインバータ回路が搭載された車両の全体構成を示すブロック図である。 図２は、車両の駆動輪をロックするパーキングロック機構の構成の一部を示す図である。 図３は、実施形態に係るインバータ回路におけるパーキングロック機能によるロック動作およびロック解除動作の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るインバータ回路を搭載した電気自動車等の車両の全体構成を示すブロック図である。

図１において車両１は、モータ制御装置である電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３、ＥＣＵ３の上位の制御装置（上位コントローラ）である車両制御装置（ＶＣＵ：Vehicle Control Unit）２、ＥＣＵ３からの制御信号に従って、車両１の駆動源としての電動モータ１５を駆動するモータ制御部（ＭＣＵ：Motor Control Unit）９、電動モータ１５に連結され、その回転駆動力を車輪１３ａ，１３ｂに伝達する変速機１１、変速機１１に内蔵され、車輪１３ａ，１３ｂを回転不能にロックするパーキングロック機構１２等を備える。なお、図１において二点鎖線で示すように、電子制御ユニット３とモータ制御部９を一体化してモータ制御装置６としてもよい。

車両１は、例えば電気自動車（ＥＶ）であり、動力源である電動モータ１５へ駆動電源を供給するバッテリＢＴを備える。

上位コントローラであるＶＣＵ２は、例えば、トルク指令値（トルク制御指令）、ブレーキ情報、運転者によるシフトレバー５の操作に対応したシフト情報等をＥＣＵ３に出力する。

ＶＣＵ２は、車両１の走行時、電動モータ１５の実際の駆動トルクに応じた目標トルクを演算し、電動モータ１５のトルクがトルク指令値に追従するように制御するトルク制御（トルクコントロール）と、電動モータ１５の実際の回転速度が目標回転速度となるように制御（保持）する速度制御（速度コントロール）を切り替える。

車両１の運転者がアクセルペダル２１を操作すると、その操作量（アクセル開度）がアクセル開度センサ（不図示）で検出される。ＶＣＵ２は、そのアクセル開度センサからのアクセル開度情報に基づいて、車両１の加速、減速等を制御する信号をＥＣＵ３に出力する。

ブレーキペダル２３が操作された場合、ＶＣＵ２は、不図示のブレーキストロークセンサからのブレーキ操作量に応じた信号を、ＥＣＵ３を介してブレーキ制御部２５へ送信する。ブレーキ制御部２５は、ブレーキパッド、油圧機構等で構成されるブレーキ機構２７を制御して、車両１を停止させる。

なお、ブレーキ制御については、電動モータ１５の回生量による制動力を発生させる回生ブレーキ制御も含んだ構成としてもよい。

ＥＣＵ３は、ＶＣＵ２からのアクセル操作量に応じたトルク指令値に基づいて電流ベクトルの指令値を決定する等のベクトル制御を行うとともにＥＣＵ３全体の制御を司る、例えばマイクロコンピュータによって構成された制御部（ＣＰＵ）８、ＣＰＵ８からの電圧指令値等に基づいてパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成するＰＷＭ信号生成部１９等を備える。なお、電圧指令値は、公知のベクトル制御技術を用いた演算によって得ることができる。

このようにＥＣＵ３は、車両１への加速要求、減速要求、および停止要求に応じた出力信号をＭＣＵ９に送信して、電動モータ１５を駆動制御する。そのため、ＥＣＵ３は、電動モータ１５の駆動制御プログラム等があらかじめ記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）４を備える。

ＭＣＵ９のプリドライバ部７は、ＰＷＭ信号生成部１９からのパルス幅変調信号にしたがってＰＷＭ制御信号のデューティを増減することにより、インバータ回路１０のモータ駆動部１８を構成する半導体スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御信号（モータ指令信号、あるいはゲート駆動信号ともいう）を生成する。

モータ駆動部１８において、電動モータ１５に駆動電流を供給する複数の半導体スイッチング素子に対して、外部バッテリＢＴよりモータ駆動用の電源が供給される。半導体スイッチング素子はパワー素子とも呼ばれ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を用いる。

インバータ回路１０は、モータ駆動部１８の他、後述するパーキングロック信号検出部１４、通電停止部１６等を備える。

電動モータ１５は、例えば３相ブラシレスＤＣモータであり、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のインバータ回路１０のモータ駆動部１８を構成する半導体スイッチング素子は、電動モータ１５の各相に対応している。電動モータ１５は、回転駆動する電動機としての力行作動と、ロータが駆動輪等から回転エネルギを受けて発電機として動作する回生作動を行なう。

図２は、車両１の駆動輪をロックするパーキングロック機構１２の構成の一部を示す図である。図２に示すようにパーキングロック機構１２は、周方向に沿って一定間隔に配置された歯を有するパーキングギア３２、パーキングロッド３３、パーキングポール３４等を備える。パーキングロッド３３は、ほぼＬ字形状に形成され、その一端が、パーキングロッド３３を軸方向に動かすディテントプレート（不図示）に取り付けられ、他端には、パーキングポール３４に当接するパーキングカム（円錐体）３３ａが設けられている。

パーキングポール３４は、円錐形状のパーキングカム３３ａが図中のＡ方向に動作することによって押し上げられ、支持ピン３５を中心に回動する。パーキングポール３４には爪部３４ａが設けられている。すなわち、パーキングカム３３ａがＡ方向に押されることで、パーキングポール３４が図中のＢ方向に押し上げられる。

パーキングポール３４の爪部３４ａが、歯車形状のパーキングギヤ３２において隣り合う歯の間に形成された凹部と噛み合う位置まで押し上げられると、パーキングギア３２とパーキングポール３４とが噛み合う。その結果、パーキングギヤ３２と連動して回転する駆動輪１３ａ，１３ｂの回転を機械的に阻止するパーキングロックが実行される。

一方、パーキングロッド３３と円錐形状のパーキングカム３３ａを、上記とは逆方向（図中のＣ方向）に移動させることで、パーキングポール３４が図中のＤ方向に押し下げられて支持ピン３５を中心に回動する。これにより、パーキングポール３４の爪部３４ａがパーキングギヤ３２の凹部から離脱し、パーキングロック機構１２においてロック状態が解除される。

次に、本実施形態に係るインバータ回路によるパーキングロック動作について説明する。図３は、本実施形態に係るインバータ回路におけるパーキングロック機能によるロック動作およびロック解除動作の処理手順を示すフローチャートである。

車両１の運転者は、駆動輪をロックして車両の移動を抑止する場合、シフトレバー５をパーキングポジションＰへ操作し、あるいは図示しないパーキングスイッチを押下する。このような操作に対応して、ＶＣＵ２はパーキングロック指示信号（パーキングロック機能を作動させる信号）をＥＣＵ３へ出力する。

そこで、ＭＣＵ９においてインバータ回路１０に設けたパーキングロック信号検出部１４は、図３のステップＳ１１において、ＶＣＵ２からＥＣＵ３を介して送信されたパーキングロック指示信号を検知すると、ステップＳ１３において、電動モータ１５の停止の有無を確認する。

電動モータ１５が停止していない場合、ＭＣＵ９は、ステップＳ１５において、通電停止部１６を起動して、インバータ回路１０から電動モータ１５への電源供給を停止する。同時にＶＣＵ２は、車両１の駆動輪（車輪１３ａ，１３ｂ）を機械的に回転不能にするため、パーキングロック機構１２に対してロック動作を要求する信号を出力する。

上記のステップＳ１５における通電停止処理により、インバータ回路１０におけるスイッチング制御（トルク出力）が行われないため電動モータ１５の回転が止まり、車両１が停止状態（パーキングロック状態）となる。このとき、アクセルペダル２１が踏まれても、通電停止部１６は通電停止処理を継続するので、電動モータ１５への電源供給が停止されたままとなり、車両１の停止状態が維持される。

一方、運転者がシフトレバー５をパーキングポジションＰ以外のポジションへ操作し、あるいはパーキングスイッチを操作する等により、パーキングロックの解除が要求された場合、ＶＣＵ２はパーキングロック解除指示信号をＥＣＵ３へ出力する。

ステップＳ１７において、インバータ回路１０のパーキングロック信号検出部１４により、上記パーキングロック解除指示信号が検知されない場合、インバータ回路１０は、電動モータ１５への電源供給の停止を継続する。

一方、ステップＳ１７において、パーキングロック信号検出部１４がパーキングロック解除指示信号を検知すると、ＭＣＵ９のインバータ回路１０は、ステップＳ１９において通電停止部１６の動作を停止して電動モータ１５への電源供給を開始する。

このようにパーキングロックの解除指令が検出されて、電動モータ１５への通電が開始されると、インバータ回路１０は、ステップＳ２１において、電動モータ１５が外力によって一定角度以上、回転しないようにモータ回転角を制御する。

具体的には、インバータ回路１０は、電動モータ１５の近傍に配置した回転角センサ（ＭＲセンサ）としての位置検出器１７からの信号をもとに電動モータ１５の回転角度（回転角位置）を求め、その回転角度が一定範囲となるように電動モータ１５への供給電力を制御する。その結果、外力による電動モータ１５の回転を抑制して、パーキングロック解除後に車両１が動くことを防止できる。

なお、位置検出器１７として、例えばレゾルバを用いた場合、ホール素子等に比べて回転位置の検出精度および高温下での耐久性を高めることができる。一方、ホール素子を用いた場合には、レゾルバ、エンコーダ等に比べて安価な構成にできる。

このように、パーキングロックによる停止状態からパーキングロックが解除された場合、インバータ回路１０は、ヒルホールド制御により車両環境（例えば、坂道等）に応じたヒルホールド制動力が車両１に付与されるように電動モータ１５を制御する。これにより、パーキングロックによるロック状態が解除となった場合であっても、坂道等において車両１の停止状態を維持できる。

インバータ回路１０は、ステップＳ２３において、例えばアクセルペダル２１が操作される等のヒルホールド機能の解除操作を検知した場合、パーキングロック機構１２に対してロック状態を解除する指示信号を出力する（ステップＳ２５）。その後、インバータ回路１０は、ステップＳ２７において、ＥＣＵ３からの指令信号に従って電動モータ１５への電源供給を行う、通常のモータ駆動制御を行う。

なお、上記のインバータ回路１０において、車両１の駆動輪を機械的にロックするパーキングロック機構１２に対して動作指示を出力する出力部をさらに備える構成としてもよい。こうすることで、インバータ回路１０からのパーキングロックの動作指示によって、車両１の駆動輪を機械的にロックして回転不能にすることができるので、上位の電子制御ユニット（例えば、ＥＣＵ３）の制御負担を軽減できる。

また、上記のステップＳ１１においてパーキングロック指示を検出した場合、その旨をＶＣＵ２等の上位コントローラに通知するようにインバータ回路１０を構成してもよい。また、ステップＳ１５において、パーキングロック指示により電動モータ１５への駆動電流を停止している旨を上位コントローラに通知するようにしてもよい。こうすることで、上位のコントローラにおいてインバータ回路１０の制御状態を確認できる。

一方、車両の電動モータ駆動用のインバータ制御装置に上記のインバータ回路１０を搭載して電動モータを駆動制御することで、車両のパーキングロック中においてインバータ制御装置と電動モータの発熱を抑えて、バッテリの電力消費を抑制できる。

以上説明したように本実施形態に係るインバータ回路は、車両の駆動源としての電動モータを駆動する際、ロック指示検出部によって、車両の駆動輪の回転を抑止するパーキングロック指示が検出された場合、通電停止部により電動モータへの駆動電流を停止するように構成されている。

このようにインバータ回路でパーキングロック状態を認識し、アクセルペダルが操作されても電動モータに通電しないように構成することで、電気自動車等のパーキングロック中においてインバータ回路と電動モータの発熱（温度上昇）を抑えて故障を回避するとともに、バッテリの電力消費を抑制できる。

また、インバータ回路から電動モータへの電源供給を停止するモータ制御によって車両をパーキングロック状態にするので、機械的なパーキングロック機構を使用しないパーキングロックが可能になり、上位の電子制御ユニット（ＥＣＵ）は、それに伴う電動モータへの通電制御、パーキングロック状態の認識等を行わないので制御負担を軽減できる。

１ 車両
２ 車両制御装置（ＶＣＵ）
３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４ ＲＯＭ
５ シフトレバー
６ モータ制御装置
７ プリドライバ部
８ 速度演算部
９ モータ制御部（ＭＣＵ）
１０ インバータ回路
１１ 変速機
１２ パーキングロック機構
１３ａ，１３ｂ 車輪
１４ パーキングロック信号検出部
１５ 電動モータ
１７ 位置検出器
１６ 通電停止部
１８ モータ駆動部
１９ ＰＷＭ信号生成部
２１ アクセルペダル
２３ ブレーキペダル
２５ ブレーキ制御部
２７ ブレーキ機構
３２ パーキングギア
３３ パーキングロッド
３３ａ パーキングカム（円錐体）
３４ パーキングポール
３４ａ 爪部
３５ 支持ピン
ＢＴ バッテリ

Claims (6)

1. 車両の駆動源としての電動モータを駆動するインバータ回路であって、
   前記車両の駆動輪の回転を抑止するパーキングロック指示を検出するパーキングロック指示検出部と、
   前記パーキングロック指示が検出された場合、前記電動モータへの駆動電流を停止する通電停止部と、
   前記車両の駆動輪を機械的にロックするパーキングロック機構に対して、ロック状態へと移行する動作指示、または前記ロック状態を解除する動作指示を出力するロック動作指示出力部と、
   前記ロック状態の解除指令を検出するロック解除検出部と、
   前記解除指令が検出された場合、前記電動モータが外力によって一定角度以上回転しないように制御する制御部と、を備え、
   前記解除指令が検出され、かつ前記制御部の制御を解除する操作を検知した場合、前記ロック動作指示出力部は、前記パーキングロック機構に対して前記ロック状態を解除する指示信号を出力する、
   インバータ回路。
2. 前記パーキングロック指示を検出した旨を通知する信号を出力する手段をさらに備える請求項１に記載のインバータ回路。
3. 前記パーキングロック指示により前記電動モータへの駆動電流を停止している旨を通知する信号を出力する手段をさらに備える請求項１に記載のインバータ回路。
4. 前記制御部は、ヒルホールド制御によるヒルホールド制動力が前記車両に付与されるように前記電動モータを制御する請求項１に記載のインバータ回路。
5. 電動モータ駆動用のインバータ制御装置であって、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のインバータ回路によって前記電動モータを駆動制御するインバータ制御装置。
6. 請求項５に記載のインバータ制御装置を備えた車両駆動装置。

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