JP2009159788A - 車両のスリップ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの高回転域におけるスリップ誤判定を回避する車両のスリップ制御装置を提案する。
【解決手段】車両のスリップ制御装置は、モータ回転数を検出し（ステップ２０１）、モータ回転数が所定の閾値Ｎｍ以上である場合に（ステップ２０２；ＹＥＳ）、スリップ判定を禁止し（ステップ２０３）、モータ回転数が所定の閾値Ｎｍ未満である場合に（ステップ２０２；ＮＯ）、スリップ判定を許可する（ステップ２０４）。モータ回転数が閾値Ｎｍ以上である場合に、スリップ判定を禁止することで、Ｎｍ以上の高回転域におけるスリップ誤判定を回避できる。
【選択図】図２

Description

本発明は車輪の駆動輪に接続された駆動軸に動力を伝達するモータを制御するスリップ制御装置に関する。

一般に、車両走行では、急加速時や低μ路面走行時などにおいて、駆動輪がスリップすることがある。このような駆動輪のスリップは、車両走行の安定性を損なうので、駆動輪のスリップを判定し、駆動トルクを制限するトラクション制御の開発が進められている。例えば、特開２００４−１１２９７３号公報は、駆動輪に動力を伝達する駆動軸の角加速度が所定の閾値を超えたときにスリップが生じているものと判定し、駆動トルクを制限するトラクション制御に言及している。同公報には、駆動軸の角加速度が所定の閾値を超えた場合であっても、車両の運転状態がスリップに依存せずに駆動軸の角加速度が変動する状態であると判定されたときには、駆動トルクの制限を禁止することについても言及している。
特開２００４−１１２９７３号公報

しかし、モータから出力される駆動トルクによって駆動軸を駆動する車両では、モータの回転速度が高回転域に達すると、モータに交流電力を供給するためのインバータを制御するＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）信号と、モータの回転子位置（角速度）を検出するレゾルバのピックアップ周期とが共振し、レゾルバ検出信号に揺らぎが発生することがある。このようなレゾルバ検出信号の揺らぎは、モータの角加速度の上昇（スリップ発生）を意味するものとして誤判定される可能性があり、グリップ走行中であるにも関らず、駆動トルクが制限されてしまうという予期しない誤動作を引き起こす要因となっていた。

そこで、本発明は、モータの高回転域におけるスリップ誤判定を回避する車両のスリップ制御装置を提案することを課題とする。

本発明に係わる車両のスリップ制御装置は、車輪の駆動輪に接続された駆動軸に動力を伝達するモータを制御するスリップ制御装置であって、モータの回転数を検出する回転数検出手段と、駆動軸の角加速度を検出する角加速度検出手段と、角加速度検出手段により検出された角加速度に基づいて駆動輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定手段と、回転数検出手段により検出された回転数が所定の閾値未満である場合に、スリップ判定手段によるスリップ判定を許可する一方、回転数検出手段により検出された回転数が所定の閾値以上である場合に、スリップ判定手段によるスリップ判定を禁止するスリップ判定実行条件判定手段と、を備える。

モータの回転数が所定の閾値以上である場合に、スリップ判定手段によるスリップ判定を禁止することで、モータの高回転域におけるスリップ誤判定を回避できる。

所定の閾値は、角速度検出手段の検出誤差によりスリップ判定手段がスリップ誤判定するモータ回転域の最小回転数とするのが好適である。

本発明によれば、モータの高回転域におけるスリップ誤判定を回避することが可能となる。

以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１００のシステム構成を示す。

燃料電池スタック４０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック４０は、フッ素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等から成る高分子電解質膜４１の両面にアノード極４２とカソード極４３をスクリーン印刷等で形成した膜−電極接合体（ＭＥＡ）４４を備えている。膜−電極接合体４４の両面は、図示しないリブ付セパレータによってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極４２及びカソード極４３との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル及びカソードガスチャンネルを形成している。燃料電池スタック４０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック４０全体としては（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^- → Ｈ₂Ｏ …（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（３）

燃料電池スタック４０には、燃料電池スタック４０の出力電圧を検出するための電圧センサ９１、出力電流を検出するための電流センサ９２が取り付けられている。

燃料ガス供給源７０は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。水素ガスの供給圧は、調圧弁７１によって調圧される。酸化ガス供給源８０は、例えば、大気から取り込んだエアを加圧し、加圧エア（酸化ガス）を供給するエアコンプレッサである。加圧エアの供給圧は、調圧弁８１によって調圧される。

燃料電池システム１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とトラクションインバータ６０とが並列に燃料電池スタック４０に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、バッテリ２０から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ６０に出力する機能と、燃料電池スタック４０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ６１が回収した回生電力を降圧してバッテリ２０に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のこれらの機能により、バッテリ２０の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０による電圧変換制御により、燃料電池スタック４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。

バッテリ２０は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ２０としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ２０には、ＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサ２１が取り付けられている。

トラクションインバータ６０は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、制御ユニット１０からの制御指令に従って燃料電池スタック４０又はバッテリ２０から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ６１の回転トルクを制御する。トラクションモータ６１は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。駆動軸６５は、トラクションモータ６１から出力される駆動トルクを、減速ギア６２を介して駆動輪６３Ｌ，６３Ｒに伝達する。駆動軸６５には、駆動軸６５の角速度を検出する角速度検出センサ６４が取り付けられている。角速度検出センサ６４として、トラクションモータ６１の回転子位置を検出するレゾルバ（バリアブルリラクタンス型角度検出装置）が好適である。駆動軸６５の角速度は、モータ回転数に比例する。

補機類５０は、燃料電池システム１００内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。

制御ユニット１０は、各種センサ類（例えば、電圧センサ９１、電流センサ９２、ＳＯＣセンサ２１、及び角速度検出センサ６４など）からの出力信号を受信して、燃料電池システム１００の各部を制御する。例えば、制御ユニット１０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１００の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、車両走行電力や補機消費電力を算出する。

ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。

そして、制御ユニット１０は、燃料電池スタック４０とバッテリ２０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック４０の発電量が目標電力に一致するように、燃料ガス供給源７０及び酸化ガス供給源８０からの反応ガス供給を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御して、燃料電池スタック４０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック４０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、制御ユニット１０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ６０に出力し、トラクションモータ６１の出力トルク、及び回転数を制御する。

図２は本実施形態に係わるスリップ判定実行条件判定フローを示している。
このスリップ判定実行条件判定フローは、所定の演算周期毎に繰り返し実行されるものとする。
制御ユニット１０は、角速度検出センサ６４から出力される角速度検出信号を読み取ることにより、モータ回転数を検出し（ステップ２０１）、トラクションモータ６１の回転数が所定の閾値Ｎｍ［ｒｐｍ］以上であるか否かを判定する（ステップ２０２）。閾値Ｎｍとしては、燃料電池車両がグリップ走行をしているにも関らず、トラクションインバータ６０を制御するＰＷＭ信号と、角速度検出センサ６４のピックアップ周期とが共振し、角速度検センサ６４の角速度検出信号に揺らぎが発生する回転域（スリップ誤判定し易い回転域）の最小回転数が好適である。トラクションモータ６１の回転数が閾値Ｎｍ以上である場合（ステップ２０２；ＹＥＳ）、角速度検出信号に揺らぎが発生し、トラクションモータ６１の角加速度の上昇（スリップ発生）を意味するものとして誤判定される可能性があるので、制御ユニット１０は、スリップ判定を禁止する（ステップ２０３）。一方、トラクションモータ６１の回転数が所定の閾値Ｎｍ未満である場合（ステップ２０２；ＮＯ）、制御ユニット１０は、スリップ判定を許可する（ステップ２０４）。

スリップ判定が許可されると、制御ユニット１０は、角速度検出センサ６４から出力される角速度検出信号に基づいて駆動軸６５の角加速度αを算出し、角加速度αが所定の閾値αｔｈを越えるか否かを判定し、角加速度αが閾値αｔｈを超えたときに、駆動輪６３Ｌ，６３Ｒにスリップが発生しているものと判定し、駆動輪６３Ｌ，６３Ｒのスリップ量が目標スリップ量に一致するように、トラクションモータ６１の駆動トルクを制限し、スリップ走行時のバッテリ２０の過放電を抑制する。

このように、モータ回転数が閾値Ｎｍ以上である場合に、スリップ判定を禁止することで、Ｎｍ以上の高回転域におけるスリップ誤判定を回避できる。一般的に、モータ回転数が高くなる程、モータトルクは小さくなるので、スリップ発生時の電力誤差は高回転になる程、小さくなることを考慮すると、Ｎｍ以上の高回転域でスリップ判定を禁止しても実用上問題は生じない。また、スリップ誤判定するモータ回転域は、高回転域に限られるので、低回転域ではスリップ誤判定することはない。

本実施形態に係わる燃料電池システムの構成図である。 本実施形態に係わるスリップ判定実行条件判定フローを示す図である。

符号の説明

１０…制御ユニット ２０…バッテリ ３０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ４０…燃料電池スタック ５０…補機類 ６０…トラクションインバータ ６１…トラクションモータ ６４…角速度検出センサ ６５…駆動軸 １００…燃料電池システム

Claims (2)

1. 車輪の駆動輪に接続された駆動軸に動力を伝達するモータを制御するスリップ制御装置であって、
   前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記駆動軸の角加速度を検出する角加速度検出手段と、
   前記角加速度検出手段により検出された角加速度に基づいて前記駆動輪がスリップしているか否かを判定するスリップ判定手段と、
   前記回転数検出手段により検出された回転数が所定の閾値未満である場合に、前記スリップ判定手段によるスリップ判定を許可する一方、前記回転数検出手段により検出された回転数が所定の閾値以上である場合に、前記スリップ判定手段によるスリップ判定を禁止するスリップ判定実行条件判定手段と、
   を備える車両のスリップ制御装置。
2. 請求項１に記載の車両のスリップ制御装置であって、
   前記所定の閾値は、前記角速度検出手段の検出誤差により前記スリップ判定手段がスリップ誤判定するモータ回転数域の最小回転数である、車両のスリップ制御装置。

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