JP2008195150A

JP2008195150A - 車両用駆動制御装置、車両用駆動制御方法及び過電圧保護回路

Info

Publication number: JP2008195150A
Application number: JP2007030617A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Momose; 友昭百瀬; Shuichi Orita; 崇一折田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-09
Also published as: JP4935397B2

Abstract

【課題】過電圧保護回路の消費電力をより適切なものとすること。
【解決手段】モータ５と並列に接続された過電圧保護回路３のトランジスタ１２のゲート端子にパルス信号を入力し且つパルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにしたため、過電圧保護回路３のトランジスタ１２のスイッチング周波数ｆを制御することで、トランジスタ１２のスイッチング損失を調整できるので、放電抵抗１３の消費電力が変化しても、過電圧保護回路１１全体として消費電力をより適切なものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの出力を制御する車両用駆動制御装置、車両用駆動制御方法及び過電圧保護回路に関する。

従来、この種の技術としては、前輪をエンジンで駆動するとともに、そのエンジンで発電機を駆動し、その発電機の出力電力によって後輪をモータで駆動する（出力電力をそのままモータに供給する）車両用駆動制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２３９８５２号公報

ところで、上記従来の技術にあっては、発電機の出力電力が過剰となったときに、モータへの供給電力が増大することを防止できるように、モータと並列に接続されて出力電圧の過剰分を消費する過電圧保護回路（放電抵抗）を用いることが考えられる。
しかしながら、放電抵抗を用いる方法にあっては、放電抵抗の温度が変化すると、放電抵抗の消費電力が変化し、モータへの供給電力が変化してしまう恐れがあった。
本発明は、上記従来の技術に鑑みてなされたものであって、過電圧保護回路全体として消費電力をより適切なものとすることが可能な車両用駆動制御装置、車両用駆動制御方法及び車両用駆動制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両用駆動制御装置は、主駆動輪を内燃機関で駆動するとともに、その内燃機関で発電機を駆動し、その発電機の出力電力によって従駆動輪をモータで駆動し、さらに、互いに直列に接続された放電抵抗及びトランジスタを含み前記モータに印可される電圧を低減する過電圧保護回路の当該トランジスタのゲート端子にパルス信号を入力し且つ前記パルス信号のキャリア周波数を制御することを特徴とする。

本発明の車両用駆動制御装置にあっては、過電圧保護回路のトランジスタのスイッチング周波数を制御することで、スイッチング損失を調整できるので、放電抵抗の消費電力が変化しても、過電圧保護回路全体として消費電力をより適切なものとすることができる。

以下、本発明を適用した車両の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜構成＞
図１は、本実施形態の車両の概略構成を示す構成図である。この図１に示すように、車両用駆動制御装置は、エンジン１、発電機２、過電圧保護回路３、インバータ４、モータ５、抵抗温度検出センサ６、インバータ温度検出センサ７、モータ温度検出センサ８、及び４ＷＤ(Wheel Drive)制御回路９を含んで構成される。

エンジン１は、運転者のアクセル操作に従って駆動力を発生し、その駆動力によって前輪１０及び発電機２を回転駆動する。
発電機２は、エンジン１によってロータが回転駆動され、その回転速度と界磁の磁束とに応じた電力を発生して過電圧保護回路３及びインバータ４に出力する。
過電圧保護回路３は、図２及び図３に示すように、モータ５と電気的に並列に接続され、互いに直列に接続されたトランジスタ１２及び放電抵抗１３を含んで構成される。

トランジスタ１２は、４ＷＤ制御回路９から出力されるゲート駆動信号（パルス信号）がゲート端子に入力され、発電機２から出力される電力のうち前記入力されたパルス信号のデューティ比及びキャリア周波数に応じた電力を消費し、また、前記パルス信号のデューティ比に応じた電力を放電抵抗１３へ供給する。
放電抵抗１３は、トランジスタ１２から供給される電力を消費し、発電機２の出力電圧（モータ５に印加される電圧）を低減する。

ここで、トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓは、放電抵抗１３による損失Ｐｒ、トランジスタ１２の定常損失Ｐｏｎ、トランジスタ１２のスイッチング損失Ｐｓｗ、トランジスタ１２のオン抵抗Ｒｏｎ、過電圧保護回路３に流れる回生電流Ir、放電抵抗１３の抵抗値Ｒｄｉｓ、４ＷＤ制御回路９から出力されるパルス信号のデューティ比ｄｕｔｙ、トランジスタ１２のターンオン時間Ｔｏｎ、トランジスタ１２のターンオフ時間Ｔｏｆｆ、トランジスタ１２のドレイン−ソース電圧Ｖｄｓ、４ＷＤ制御回路９から出力されるパルス信号のキャリア周波数ｆ、トランジスタのターンオン時の損失Ｐｔｏｎ、ターンオフ時の損失Ｐｔｏｆｆに基づき、下記（１）式のように表される。

Ｐloss＝Pr＋（Pon＋Pｓｗ）
Pr=Ir^２×Rｄｉｓ
Ｐｏｎ＝ｄｕｔｙ×Ｒｏｎ×Ｉｒ^２×（１−Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×ｆ）
Ｐｓｗ＝Ｖｄｓ×Ｉｒ＋ｆ×（Ｐｔｏｎ＋Ｐｔｏｆｆ）
∴Ｐloss＝Ir^２×Rｄｉｓ＋ｄｕｔｙ×Ｒｏｎ×Ｉｒ^２×（１−Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×ｆ）＋Ｖｄｓ×Ｉｒ＋ｆ×（Ｐｔｏｎ＋Ｐｔｏｆｆ）・・・（１）
すなわち、トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓは、トランジスタ１２のキャリア周波数ｆが高いほど大きくなる。

また、放電抵抗１３がｔ℃のときの抵抗値Ｒｄｉｓは、放電抵抗１３が０℃のときの抵抗値Ｒ０、放電抵抗１３の温度係数αに基づき、下記（２）式のように表される。
Ｒｄｉｓ＝Ｒ０（１＋αｔ）・・・（２）
すなわち、放電抵抗１３による損失Ｐｒは、図４及び図５に示すように、放電抵抗１３の温度が高くなるほど大きくなる。
インバータ４は、４ＷＤ制御回路９から出力されるモータ駆動信号に従って、発電機２から出力される電力を用いてモータ５に交流電流を供給する。
モータ５は、インバータ４によって駆動されて駆動力を発生し、その駆動力によってクラッチ１４を介して後輪１５を回転駆動する。
抵抗温度検出センサ６は、放電抵抗１３の温度を検出し、その検出結果（放電抵抗温度検出値）を４ＷＤ制御回路９に出力する。

インバータ温度検出センサ７は、インバータ４の温度を検出し、その検出結果（インバータ温度検出値）を４ＷＤ制御回路９に出力する。
モータ温度検出センサ８は、モータ５の温度を検出し、その検出結果（モータ温度検出値）を４ＷＤ制御回路９に出力する。
なお、放電抵抗１３の温度を検出する方法としては、放電抵抗１３の温度を直接検出する方法や、放電抵抗１３の電流値から算出する方法が挙げられる。
４ＷＤ制御回路９は、運転者による操作（アクセル量、シフト位置）と車両の状態量（車速、エンジン１の回転数、前後輪１０、１５の回転速度差）とに基づいてモータ５を駆動させる（モータ５の出力を制御する）モータ駆動信号をインバータ４に出力する。

また、４ＷＤ制御回路９は、所定時間（例えば、１０msec.）が経過するたびに全損失調整処理（後述）を実行し、登り勾配の坂道発進時であって車両がずり下がっている状態にあり（ロールバック運転をしており）、そのロールバック運転によるモータ５の回生電力がインバータ４による損失及びモータ５による損失の総和より大きい場合には、放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｔｈ以下であると駆動ＦＥＴフルＯＮ制御（デューティ比１００％のパルス信号をトランジスタ１２に出力し、発電機２から出力される電力の一部を放電抵抗１３に消費させる制御）を実行し、放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｔｈより大きい場合には放電抵抗駆動ＦＥＴのデューティ制御（トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓで消費したい電力と放電抵抗１３の温度とに基づき、制御マップに従ってパルス信号のデューティ比及びキャリア周波数を設定し、その設定されたデューティ比及びキャリア周波数のパルス信号をトランジスタ１２に出力し、トランジスタ１２のスイッチング損失を変化させる制御）を行う。
ここで、制御マップは、放電抵抗１３の温度毎に設けられ、トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓで消費したい電力に応じてパルス信号のデューティ比及びキャリア周波数を規定するマップである。

＜全損失調整処理の説明＞
次に、４ＷＤ制御回路９で実行される全損失調整処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。この全損失調整処理は、所定時間が経過するたびに実行される処理であって、まず、そのステップＳ１で、ロールバック運転をしているか否かを判定する。そして、ロールバック運転をしている場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ２に移行し、ロールバック運転をしていない場合には（Ｎｏ）この演算処理を終了する。
前記ステップＳ２では、抵抗温度検出センサ６から出力される放電抵抗温度検出値に基づいて放電抵抗１３（過電圧保護回路３）の温度を検出し、インバータ温度検出センサ７から出力されるインバータ温度検出値に基づいてインバータ４の温度を検出し、モータ温度検出センサ８から出力されるモータ温度検出値に基づいてモータ５の温度を検出する。

次にステップＳ３に移行して、前記ステップＳ２で検出された放電抵抗１３の温度、インバータ４の温度及びモータ５の温度に基づいて、ロールバック運転によるモータ５の回生電力がモータ５による損失及びインバータ４による損失の総和より大きいか否かを判定する。そして、インバータ４による損失及びモータ５による損失より大きい場合には（Ｙｅｓ）ステップＳ４に移行し、インバータ４による損失及びモータ５による損失より小さい場合には（Ｎｏ）ステップＳ７に移行する。

前記ステップＳ４では、前記ステップＳ２で検出された放電抵抗１３の温度に基づき、前記（２）式に従って放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒを算出し、その抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｔｈより大きいか否かを判定する。そして、放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｒより大きい場合には（放電抵抗１３の温度が設定しきい値より高い場合には）（Ｙｅｓ）ステップＳ５に移行し、放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｔｈ以下である場合には（Ｎｏ）ステップＳ６に移行する。
前記ステップＳ５では、放電抵抗駆動ＦＥＴのデューティ制御を行ってから、この演算処理を終了する。
一方、前記ステップＳ６では、駆動ＦＥＴフルＯＮ制御を行ってから、この演算処理を終了する。

＜具体的動作＞
次に、本実施形態の車両用駆動装置の動作を具体的状況に基づいて説明する。
まず、登り勾配の坂道発進時であって車両がずり下がっている状態にあり（ロールバック運転をしており）、そのロールバック運転によるモータ５の回生電力がモータ５による損失及びインバータ４による損失の総和より大きいときに、４ＷＤ制御回路９で全損失調整処理が実行されたとする。すると、図６に示すように、まず、そのステップＳ１の判定が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ２で、抵抗温度検出センサ６から出力される放電抵抗温度検出値に基づいて放電抵抗１３の温度が検出され、インバータ温度検出センサ７から出力されるインバータ温度検出値に基づいてインバータ４の温度が検出され、モータ温度検出センサ８から出力されるモータ温度検出値に基づいてモータ５の温度が検出され、それら放電抵抗１３の温度、インバータ４の温度及びモータ５の温度に基づいてステップＳ３の判定が「Ｙｅｓ」となる。また、放電抵抗１３の温度に基づいて放電抵抗１３の抵抗値Ｔｒがしきい値Ｔｔｈより大きかったとすると、ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」となり、トランジスタ１２のデューティ制御が行われ、この演算処理を終了する。

そして、発電機２から出力される電力の余剰分（余剰電力）と放電抵抗１３の温度とに基づいてパルス信号のデューティ比及びキャリア周波数が設定され、図７に示すように、その設定されたデューティ比及びキャリア周波数のパルス信号がトランジスタ１２に出力され、トランジスタ１２のスイッチング損失が変化し、トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓで余剰電力が消費され、発電機２の出力電圧が低下する。
以上、図１のエンジン１が特許請求の範囲に記載の内燃機関を構成し、以下同様に、図１の４ＷＤ制御回路９がパルス入力手段及び周波数制御手段を構成し、図１の抵抗温度検出センサ６が温度検出手段を構成する。

＜作用・効果＞
（１）このように、本実施形態の車両用駆動制御装置にあっては、モータ５と並列に接続された過電圧保護回路３のトランジスタ１２のゲート端子にパルス信号を入力し且つ前記パルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにした。そのため、過電圧保護回路３のトランジスタ１２のスイッチング周波数ｆを制御することで、トランジスタ１２のスイッチング損失を調整できるので、放電抵抗１３の消費電力が変化しても、過電圧保護回路１１全体として消費電力をより適切なものとすることができ、例えば、モータ５の出力過多による各種部品の機械的破損や、モータ５の電気的破損を防止することができる。

例えば、放電抵抗１３の温度に応じてトランジスタ１２に入力するパルス信号のデューティ比及びキャリア周波数ｆを調整することで、図８及び図９に示すように、トランジスタ１２及び放電抵抗１３による全損失Ｐｌｏｓｓを一定値とすることができる。すなわち、放電抵抗１３の消費電力の変化をキャリア周波数ｆによって調整することができる。
ちなみに、放電抵抗１３の温度と関係なく、発電機２から出力される電力がインバータ４による損失及びモータ５による損失より大きい場合には、トランジスタ１２にハイレベルの信号を入力する従来の方法にあっては、図１０に示すように、放電抵抗１３の温度が高くなるほど放電抵抗１３の消費電力が増大して全損失Ｐｌｏｓｓが増大する。

（２）また、放電抵抗１３の温度に基づいてパルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにした。そのため、過電圧保護回路３の放電抵抗１３の温度が上昇し、放電抵抗１３の消費電力が増加しているときに、パルス信号のキャリア周波数ｆを低減することで、トランジスタ１２のスイッチング損失を低減することができる。

（３）さらに、放電抵抗１３の温度が設定しきい値より高い場合（Ｔｒ＞Ｔｔｈ）にパルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにした。そのため、放電抵抗１３が高温状態であるときに、スイッチング損失を増加させ、過電圧保護回路１１の通電量を低減し、放電抵抗１３の温度上昇を抑え、放電抵抗１３の寿命を向上することができる。
ちなみに、放電抵抗１３は、一般に、内部にニクロム線を有しているが、許容温度以上の高温状態となるとニクロム線が溶断したり寿命低下したりする恐れがある。

例えば、放電抵抗１３の温度が１００℃であり、放電抵抗１３の許容損失（放電抵抗１３の溶断や寿命低下を伴わない損失）が１５００ｗである場合には、キャリア周波数ｆを３０ｋＨｚとし、デューティ比を５０％とし、トランジスタ１２による損失を１５０Ｗ（ＦＥＴ損失比１０％）とすることで、放電抵抗１３による損失を許容損失（１５００Ｗ）以下に抑えつつ、全損失Ｐｌｏｓｓを増大（１６３０Ｗと）することができる。

すなわち、放電抵抗１３が高温状態であり、放電抵抗１３が大きな電力を消費し、放電抵抗１３の温度が上昇すると、ニクロム線が溶断したり寿命低下したりする恐れがある場合には、パルス信号のキャリア周波数ｆやデューティ比を調整することで、放電抵抗１３による消費電力を維持しながら、全損失Ｐｌｏｓｓを増大することができる。

（４）また、本実施形態の車両用駆動制御方法にあっては、モータ５と並列に接続された過電圧保護回路３のトランジスタ１２のゲート端子にパルス信号を入力し且つ前記パルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにした。そのため、過電圧保護回路３のトランジスタ１２のスイッチング周波数ｆを制御することで、トランジスタ１２のスイッチング損失を調整できるので、放電抵抗１３の消費電力が変化しても、過電圧保護回路１１全体として消費電力をより適切なものとすることができ、例えば、モータ５の出力過多による各種部品の機械的破損や、モータ５の電気的破損を防止することができる。

（５）さらに、本実施形態の過電圧保護回路では、制御対象である機器（モータ５）と並列に接続された過電圧保護回路３のトランジスタ１２のゲート端子にパルス信号を入力し且つ前記パルス信号のキャリア周波数ｆを制御するようにした。そのため、過電圧保護回路３のトランジスタ１２のスイッチング周波数ｆを制御することで、トランジスタ１２のスイッチング損失を調整できるので、過電圧保護回路１１全体として消費電力をより適切なものとすることができ、例えば、前記機器（モータ５）の出力過多による各種部品の機械的破損や、前記機器（モータ５）の電気的破損を防止することができる。

車両の概略構成を示す構成図である。図１の過電圧保護回路、インバータ、モータ及び４ＷＤ制御回路を拡大して示す要部拡大図である。図２の過電圧保護回路を拡大して示す要部拡大図である。放電抵抗の温度と放電抵抗の抵抗値との関係を示すグラフである。放電抵抗の温度と全損失との関係を示すグラフである。全損失調整処理のフローを示すフローチャートである。トランジスタのスイッチング損失を説明するための説明図である。過電圧保護回路の動作を説明するための説明図である。過電圧保護回路の動作を説明するための説明図である。従来技術の動作を説明するための説明図である。

符号の説明

１はエンジン、２は発電機、３は過電圧保護回路、４はインバータ、５はモータ、６は抵抗温度検出センサ、７はインバータ温度検出センサ、８はモータ温度検出センサ、９は４ＷＤ制御回路、１０は前後、１１は過電圧保護回路、１２はトランジスタ、１３は放電抵抗、１４はクラッチ、１５は後輪

Claims

主駆動輪を駆動する内燃機関と、前記内燃機関で駆動されて発電する発電機と、前記発電機の出力電力が供給されて従駆動輪を駆動するモータと、互いに直列に接続された放電抵抗及びトランジスタを含み前記モータに印加される電圧を低減する過電圧保護回路と、前記トランジスタのゲート端子にパルス信号を入力するパルス入力手段と、前記パルス信号のキャリア周波数を制御する周波数制御手段と、を備えたことを特徴とする車両用駆動制御装置。
前記放電抵抗の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記温度検出手段で検出された前記放電抵抗の温度に基づいて前記パルス信号のキャリア周波数を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用駆動制御装置。
前記周波数制御手段は、前記温度検出手段で検出された前記放電抵抗の温度が設定しきい値より高い場合に前記パルス信号のキャリア周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用駆動制御装置。
主駆動輪を内燃機関で駆動するとともに、その内燃機関で発電機を駆動し、その発電機の出力電力によって従駆動輪をモータで駆動し、さらに、互いに直列に接続された放電抵抗及びトランジスタを含み前記モータに印可される電圧を低減する過電圧保護回路の当該トランジスタのゲート端子にパルス信号を入力し且つ前記パルス信号のキャリア周波数を制御することを特徴とする車両用駆動制御方法。
保護対象である機器と電気的に並列に接続されたトランジスタと、前記トランジスタのゲート端子にパルス信号を入力するパルス入力手段と、前記パルス信号のキャリア周波数を制御する周波数制御手段と、を備えたことを特徴とする過電圧保護回路。