JP2017041926A - 自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回生駆動中に車両の衝突を検知したときに、モータの回生駆動の終了後にコンデンサの電荷をモータでより確実に放電させる。
【解決手段】モータの回生駆動中に車両の衝突を検知した所定検知後において、モータの回生駆動が終了していないときに（Ｓ１００）、高電圧系電力ラインにおけるコンデンサが接続される位置およびＤＣ／ＤＣコンバータが接続される位置よりもバッテリ側の部分で断線が生じているときには（Ｓ１１０）、高電圧系電力ラインの電力が電圧の降圧を伴って低電圧系電力ラインに供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する（Ｓ１２０）。そして、モータの回生駆動が終了すると（Ｓ１００）、モータからトルクが出力されずにコンデンサの電荷が放電されるようにインバータのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう（Ｓ１４０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車に関する。

従来、自動車として、車軸に連結されたモータと、モータを駆動するインバータと、インバータと電力ラインを介して電力をやりとりするバッテリと、電力ラインに設けられたリレーと、電力ラインのリレーよりもインバータ側に取り付けられたコンデンサと、を備え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、車両の衝突を検知してコンデンサの電荷を放電させる際に、コンデンサの電圧が閾値よりも大きいときには、モータからトルクが出力されずにコンデンサの電荷がモータで放電されるようにインバータを制御するＭＧ放電を行なう。

国際公開第２０１２／１６４６８０号

こうした自動車では、モータ，インバータ，コンデンサなどが車両前部の収容部内に配置されると共にバッテリ，リレーなどが車両後部例えば後部座席の下側などに配置され、電力ラインにおけるコンデンサが取り付けられる位置よりもバッテリ側の部分（所定部分）が比較的長くなっていることがある。モータの回生駆動中に車両の衝突を検知したときに、電力ラインに断線が生じていないときには、モータの回生駆動によって生じる電力をバッテリに充電することができるから、モータの回生駆動が終了した後に、リレーをオフとして、ＭＧ放電を行なえばよい。しかし、車両の衝突によって電力ラインの所定部分に断線が生じると、モータの回生駆動によって生じる電力をバッテリに充電することができない。このため、コンデンサ（電力ライン）の電圧が過電圧に至り、コンデンサなどの保護のためにインバータを駆動停止する必要が生じ、モータの回生駆動が終了した後にＭＧ放電を行なうことができなくなる場合が生じ得る。

本発明の自動車は、モータの回生駆動中に車両の衝突を検知したときに、モータの回生駆動の終了後にコンデンサの電荷をモータでより確実に放電させ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、
車軸に連結されたモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記インバータと第１電力ラインを介して電力をやりとりする第１バッテリと、
前記第１電力ラインに設けられたリレーと、
前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の第１位置に取り付けられたコンデンサと、
定格電圧が前記第１バッテリよりも低い第２バッテリと、
前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の第２位置と前記第２バッテリが接続された第２電力ラインとに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記リレーがオンで前記モータの回生駆動中に車両の衝突を検知した所定検知後には、前記モータの回生駆動が終了したときに、前記リレーをオフとし、前記モータからトルクが出力されずに前記コンデンサの電荷が前記モータで放電されるように前記インバータを制御する制御手段と、
を備える自動車であって、
前記制御手段は、前記所定検知後において、前記モータの回生駆動が終了していないときに、前記第１電力ラインの前記第１位置および前記第２位置よりも前記バッテリ側で断線が生じているときには、前記第１電力ラインの電力が電圧の降圧を伴って前記第２電力ラインに供給されるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
を備えることを要旨とする。

この本発明の自動車では、リレーがオンでモータの回生駆動中に車両の衝突を検知した所定検知後には、モータの回生駆動が終了したときに、リレーをオフとし、モータからトルクが出力されずにコンデンサの電荷がモータで放電されるようにインバータを制御する。所定検知後において、モータの回生駆動が終了していないときには、モータの回生駆動によって生じる電力は電力ラインを介してバッテリに充電される。そして、モータの回生駆動が終了すると、リレーをオフとして、インバータを制御することにより、コンデンサの電荷を放電させることができる。こうした制御を行なうものにおいて、所定検知後で、モータの回生駆動が終了していないときに、第１電力ラインの第１位置（コンデンサが取り付けられる位置）および第２位置（ＤＣ／ＤＣコンバータが接続される位置）よりもバッテリ側で断線が生じているときには、第１電力ラインの電力が電圧の降圧を伴って第２電力ラインに供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。これにより、モータの回生駆動によって生じる電力をバッテリに充電することができないときに、その電力を第２電力ライン（第２バッテリ）に供給することによって、コンデンサ（第１電力ライン）の電圧が過電圧に至るのを抑制することができる。この結果、コンデンサなどの保護のためにインバータを駆動停止する必要が生じるのを抑制することができ、モータの回生駆動の終了後に、コンデンサの電荷をより確実にモータで放電させることができる。

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。 実施例のＥＣＵ５０によって実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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、高電圧バッテリ３６と、リレー４２と、コンデンサ４４と、低電圧バッテリ４６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５０と、を備える。

モータ３２は、例えば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周知の同期発電電動機として構成されている。このモータ３２は、駆動輪２２ａ，２２ｂにドライブシャフト（車軸）２３および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、高電圧系電力ライン４０ａに接続されている。このインバータ３４は、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、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、高電圧系電力ライン４０ａの正極母線と負極母線とに対して、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。６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれ、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。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、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。以下、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の上アームと称し、トランジスタＴ１４〜Ｔ１６をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の下アームと称することがある。

高電圧バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池として構成され、高電圧系電力ライン４０ａに接続されている。リレー４２は、高電圧系電力ライン４０ａに設けられている。コンデンサ４４は、高電圧系電力ライン４０ａのリレー４２よりもインバータ３４側の位置Ｐ１に取り付けられている。

低電圧バッテリ４６は、定格電圧が高電圧バッテリ３６よりも低い例えば鉛蓄電池として構成されており、低電圧系電力ライン４０ｂに接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、高電圧系電力ライン４０ａのリレー４２よりもインバータ側の第２位置Ｐ２と低電圧系電力ライン４０ｂとに接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ４８は、ＥＣＵ５０によって制御されることにより、高電圧系電力ライン４０ａの電力を電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン４０ｂに供給する。

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。

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。ＥＣＵ５０に入力される信号としては、以下のものを挙げることができる。
・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３２ａからの回転位置θｍ
・モータ３２とインバータ３４とを接続する電力ラインに取り付けられた電流センサ３２ｖ，３２ｗからのモータ３２のＶ相，Ｗ相の相電流Ｉｖ，Ｉｗ（インバータ３４側からモータ３２側の向きが正の値）
・高電圧バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電池電圧Ｖｂ
・高電圧バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電池電流Ｉｂ（高電圧バッテリ３６から放電するときが正の値）
・コンデンサ４４の端子間に取り付けられた電圧センサ４４ａからのコンデンサ４４の電圧ＶＨ
・イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号
・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
・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
・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
・車体前側の中央部や両側部などに取り付けられた加速度センサ６９からの加速度α

ＥＣＵ５０からは、種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。ＥＣＵ５０から出力される制御信号としては、以下のものを挙げることができる。
・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
・リレー４２への制御信号
・ＤＣ／ＤＣコンバータ４８への制御信号

ＥＣＵ５０は、回転位置検出センサ３２ａにより検出されたモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいて、モータ３２の回転数Ｎｍを演算している。また、ＥＣＵ５０は、電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいて、高電圧バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣ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、モータ３２，インバータ３４，コンデンサ４４，低電圧バッテリ４６，ＤＣ／ＤＣコンバータ４８などは、車両前部に設けられた収容部内に配置されており、高電圧バッテリ３６，リレー４２などは、車両後部、例えば、後部座席の下側などに配置されている。そして、高電圧系電力ライン４０ａにおける位置Ｐ１（コンデンサ４４が取り付けられる位置），位置Ｐ２（ＤＣ／ＤＣコンバータ４８が接続される位置）よりも高電圧バッテリ３６側の部分（以下、「所定部分」という）が比較的長くなっている。

実施例の電気自動車２０では、ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ６０がオンとされると、リレー４２をオンとする。そして、走行する際には、アクセル開度ＡｃｃとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖとに基づいて、走行に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で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、上述の走行中にブレーキペダル６５が踏み込まれているときなどモータ３２の回生駆動中に車両の衝突を検知したときの動作について説明する。図２は、実施例のＥＣＵ５０によって実行される制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータ３２の回生駆動中に車両の衝突を検知したときに実行される。実施例では、加速度センサ６９により検出された加速度αが衝突判定用の閾値αｒｅｆを超えたときに、車両の衝突を検知するものとした。また、モータ３２の回生駆動中に車両の衝突を検知したときには、その後にモータ３２の回転が停止したときに、モータ３２の回生駆動を終了するものとした。なお、車両の衝突の検知後にモータ３２が回転しているときとしては、車両の衝突後に、車両がバウンドしているとき，坂路で移動しているときなどが考えられる。

図２の制御ルーチンが実行されると、ＥＣＵ５０は、まず、モータ３２を回生駆動しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。この判定は、例えば、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊，電流センサ３２ｖ，３２ｗによって検出されるモータ３２のＶ相，Ｗ相の電流Ｉｖ，Ｉｗなどを用いて行なうことができる。

モータ３２を回生駆動しているときには、高電圧系電力ライン４０ａで断線が生じているか否かを判定する（ステップＳ１１０）。実施例では、上述したように、高電圧系電力ライン４０ａの所定部分が比較的長くなっている。このため、ステップＳ１１０の処理では、高電圧系電力ライン４０ａのこの所定部分で断線が生じてているか否かを判定するものとした。

ステップＳ１１０で高電圧系電力ライン４０ａに断線が生じていないときには、ステップＳ１００に戻る。このときには、モータＭＧ２の回生駆動によって生じる電力は、高電圧系電力ライン４０ａを介して高電圧バッテリ３６に充電される。

こうしてステップＳ１００，Ｓ１１０の処理を繰り返し実行している最中にモータ３２の回生駆動が終了すると（ステップＳ１００）、リレー４２をオフとし（ステップＳ１３０）、放電制御を実行して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。ここで、放電制御は、モータ３２からトルクが出力されずに（モータ３２にｄ軸電流が流れて）コンデンサ４４の電荷が放電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制御である。実施例では、高電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ未満になるまで、放電制御を実行し、高電圧系電力ライン４０ａの電圧ＶＨが閾値ＶＨｒｅｆ未満に至ると、放電制御を終了するものとした。ここで、閾値ＶＨｒｅｆは、例えば、リレー４２がオンのときにコンデンサ４４の電圧ＶＨが数百Ｖ程度になるものにおいて、数Ｖ〜数十Ｖ程度の値を用いることができる。

ステップＳ１１０で高電圧系電力ライン４０ａの所定部分に断線が生じていると判定されたときには、高電圧系電力ライン４０ａの電力が電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン４０ｂに供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ４６を制御して（ステップＳ１２０）、ステップＳ１００に戻る。そして、ステップＳ１００〜Ｓ１２０の処理を繰り返し実行している最中にモータ３２の回生駆動が終了すると（ステップＳ１００）、リレー４２をオフとし（ステップＳ１３０）、放電制御を実行して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。なお、高電圧系電力ライン４０ａの所定部分に断線が生じているときを考えているから、リレー４２をオフとする前に、高電圧バッテリ３６とインバータ３４，コンデンサ４４，ＤＣ／ＤＣコンバータ４６などとの接続が解除されていると考えられる。このため、リレー４２をオフとする処理は必要ないとも考えられるが、実施例では、高電圧系電力ライン４０ａに断線が生じていないときと同様に、リレー４２をオフとする処理を行なうものとした。

高電圧系電力ライン４０ａの所定部分に断線が生じているときには、モータ３２の回生駆動によって生じる電力を高電圧バッテリ３６に充電することができない。このため、コンデンサ４４の電圧ＶＨ（高電圧系電力ライン４０ａの電圧）が上昇して過電圧になる可能性がある。高電圧系電力ライン４０ａが過電圧になると、その保護のためにインバータ３４を駆動停止する（トランジスタＴ１１〜Ｔ１６を全てオフとする）。これに対して、実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６の駆動によって、高電圧系電力ライン４０ａの電力を電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン４０ｂに供給させることにより、モータ３２の回生駆動によって生じた電力を低電圧系電力ライン４０ｂ（低電圧バッテリ４８，図示しない補機など）に供給することによって、コンデンサ４４の電圧ＶＨ（高電圧系電力ライン４０ａの電圧）が過電圧に至るのを抑制することができ、コンデンサ４４などの保護のためにインバータ３４を駆動停止する必要が生じるのを抑制することができる。この結果、モータ３２の回生駆動の終了後に、放電制御をより確実に実行することができる、即ち、コンデンサ４４の電荷をより確実にモータ３２で放電させることができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、モータ３２の回生駆動中に車両の衝突を検知した所定検知後において、モータ３２の回生駆動が終了していないときに、高電圧系電力ライン４０ａにおける位置Ｐ１（コンデンサ４４が取り付けられる位置），位置Ｐ２（ＤＣ／ＤＣコンバータ４８が接続される位置）よりも高電圧バッテリ３６側の部分（所定部分）で断線が生じているときには、高電圧系電力ライン４０ａの電力が電圧の降圧を伴って低電圧系電力ライン４０ｂに供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ４６を制御する。そして、モータ３２の回生駆動が終了すると、モータ３２からトルクが出力されずにコンデンサ４４の電荷が放電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。所定検知後において、高電圧系電力ライン４０ａの所定部分で断線が生じているときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４６をこのように制御することにより、コンデンサ４４の電圧ＶＨが過電圧に至るのを抑制することができる。この結果、コンデンサ４４などの保護のためにインバータ３４を駆動停止する必要が生じるのを抑制することができ、モータ３２の回生駆動の終了後に、コンデンサ４４の電荷をより確実にモータ３２で放電させることができる。

実施例では、モータ３２を備える電気自動車の構成とした。しかし、２つ以上のモータを備える電気自動車の構成としてもよい。また、パラレルタイプやシリーズタイプの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、高電圧バッテリ３６が「第１バッテリ」に相当し、リレー４２が「リレー」に相当し、コンデンサ４４が「コンデンサ」に相当し、低電圧バッテリ４６が「第２バッテリ」に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８が「ＤＣ／ＤＣコンバータ」に相当し、ＥＣＵ５０が「制御手段」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、２３ ドライブシャフト、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、３２ｖ，３２ｗ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ４０ａ 高電圧系電力ライン、４０ｂ 低電圧系電力ライン、４２ リレー、４４ コンデンサ、４４ａ 電圧センサ、４６ 低電圧バッテリ、４８ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）、６０ イ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 加速度センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６ トランジスタ、Ｐ１,Ｐ２ 位置。

Claims (1)

1. 車軸に連結されたモータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記インバータと第１電力ラインを介して電力をやりとりする第１バッテリと、
   前記第１電力ラインに設けられたリレーと、
   前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の第１位置に取り付けられたコンデンサと、
   定格電圧が前記第１バッテリよりも低い第２バッテリと、
   前記第１電力ラインの前記リレーよりも前記インバータ側の第２位置と前記第２バッテリが接続された第２電力ラインとに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記リレーがオンで前記モータの回生駆動中に車両の衝突を検知した所定検知後には、前記モータの回生駆動が終了したときに、前記リレーをオフとし、前記モータからトルクが出力されずに前記コンデンサの電荷が前記モータで放電されるように前記インバータを制御する制御手段と、
   を備える自動車であって、
   前記制御手段は、前記所定検知後において、前記モータの回生駆動が終了していないときに、前記第１電力ラインの前記第１位置および前記第２位置よりも前記バッテリ側で断線が生じているときには、前記第１電力ラインの電力が電圧の降圧を伴って前記第２電力ラインに供給されるように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する、
   自動車。

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