JP2019097247A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセルホールド状態におけるモータの通電経路の過熱を確実に防止することができる車両制御装置を提供する。【解決手段】車両１０の主駆動輪１１に駆動力を与える主モータ１３と、主モータ１３の通電経路の温度を測定する測温手段１５と、主駆動輪１１と主モータ１３との間の駆動力の結合状態と開放状態を切り替えるクラッチ１６と、車両１０を停止させる停止手段１７と、測温手段１５で測定した温度に基づいて、主モータ１３、クラッチ１６および停止手段１７の動作を制御する制御部１８と、を備え、主モータ１３の駆動力と、前記駆動力と逆向きに車両１０に作用する力との釣り合いによって車両１０が停止した状態において、測温手段１５で測定した温度が所定温度以上の過熱状態となったときに、制御部１８が、停止手段１７を作動させて車両１０が停止した状態を維持するとともに、クラッチ１６を開放状態としつつ主モータ１３を空転させる。【選択図】図１

Description

この発明は、アクセルホールド状態におけるモータの通電経路の過熱を防止する車両制御装置に関する。

駆動輪にモータで駆動力を与える車両においては、例えば上り坂において、車両を前進させるモータの駆動力と、車両の重量による坂道下向きの自重成分とが釣り合って、ドライバがブレーキペダルを操作することなく車両の停止が維持されるアクセルホールド状態となることがある。このアクセルホールド状態においては、モータとともに回転する車軸が停止しているため、このモータの通電経路の一部（例えばコイルの一部分）のみに通電している状態が継続し、モータの発熱や劣化を引き起こす虞がある。

これを防止するため、例えば特許文献１に係る電動車両においては、車速がゼロ近傍であるときに、第１の駆動輪にトルクを出力する同期電動機に交流電力を供給するための第１のインバータの第１のスイッチング素子、および、第２の駆動輪にトルクを出力する誘導電動機に交流電力を供給するための第２のインバータの第２のスイッチング素子の温度を測定する。そして、各スイッチング素子の温度に対応して、両電動機の出力トルクの比率を変化させている。これにより、スイッチング素子の温度上昇を抑制している（特許文献１の段落０００７、００１０、００１２など参照）。

また、特許文献２に係る電気自動車においては、前輪または後輪の一方に設けられた同期モータのロック状態を検知した場合、この同期モータの駆動力を低下するとともに、前輪または後輪の他方に設けられた誘導モータの駆動力を増加させる制御がなされる。これにより、同期モータのトルク抜けによるドライバビリティの低下を抑えつつ、インバータのスイッチング素子をその過熱から保護している（特許文献２の段落０００７など参照）。

さらに、特許文献３に係る車両においては、車両の駆動軸に駆動力を出力する電動機の回転子が回転停止した状態で、この電動機から駆動力を出力する回転停止出力状態に至ってから所定の条件が成立したときには、駆動輪と走行路面との最大静止摩擦係数に基づいて、駆動輪に所定のスリップを生じさせるよう制御がなされる。これにより、電動機に流れる送電流の位相を変えて、電動機のコイルや電動機を駆動する駆動回路の発熱を防止している（特許文献３の段落０００６〜０００７など参照）。

特許第４９９８５９１号公報 特開２０１５−２１１４７６号公報 特開２００８−６１４２２号公報

特許文献１、２に係る構成においては、特定のスイッチング素子の温度上昇が生じたときに、そのスイッチング素子に係るモータの駆動力を低下させる制御を行なうのみで、通電状態が継続するため、そのスイッチング素子の保護が不十分という問題がある。また、特許文献３に係る構成においては、例えば舗装道路のように駆動輪が走行路面をしっかりとグリップしている状況においては、この駆動輪をスリップさせること自体が難しいという問題がある。

そこで、この発明は、アクセルホールド状態におけるモータの通電経路の過熱を確実に防止することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明においては、車両の主駆動輪に駆動力を与える主モータと、前記主モータの通電経路の温度を測定する測温手段と、前記主駆動輪と前記主モータとの間の駆動力の結合状態と開放状態を切り替えるクラッチと、車両を停止させる停止手段と、前記測温手段で測定した温度に基づいて、前記主モータ、前記クラッチおよび前記停止手段の動作を制御する制御部と、を備え、前記主モータの駆動力と、前記主モータの駆動力と逆向きに車両に作用する力との釣り合いによって車両が停止した状態において、前記測温手段で測定した温度が所定温度以上の過熱状態となったときに、前記制御部が、前記停止手段を作動させて車両が停止した状態を維持するとともに、前記クラッチを開放状態としつつ前記主モータを空転させる車両制御装置を構成した。

前記構成においては、前記主モータが三相交流モータであって、その各相に係るコイルの温度を前記測温手段で測定することができる。

前記各構成においては、前記主モータが三相交流モータであって、この主モータの位相を切り替えるスイッチング素子の温度を前記測温手段で測定することができる。

前記主モータが三相交流モータである構成においては、前記制御部は、前記測温手段で測定した温度がその各相に係るコイルの温度であるか、或いはこの主モータの位相を切り替えるスイッチング素子の温度であるかに基づいて、前記主モータの空転量を異ならしめることができる。

前記各構成においては、前記停止手段が、前記主駆動輪とは別の副駆動輪に駆動力を与える副モータであって、この副モータの駆動力と、前記副モータの駆動力と逆向きに車両に作用する力とを釣り合わせて車両を停止させることができる。

あるいは、前記停止手段が、車両を機械的に停止させる機械式ブレーキであって、この機械式ブレーキで車両を停止させることもできる。

この発明では、測温手段で主モータの通電経路の温度を測定し、この温度が所定温度以上の過熱状態となったときに、この主モータに代えて、停止手段で車両を停止させ、その間に、主モータのクラッチを開放状態としつつこの主モータを空転させて、その冷却を効率的に行う構成とした。これにより、アクセルホールド状態におけるモータの通電経路の過熱と、この過熱に伴う劣化を確実に防止することができる。

この発明に係る車両制御装置の一実施形態を示すブロック図 三相インバータの基本回路を示す図であって、（ａ）はｕ相への通電状態、（ｂ）はｖ相への通電状態 車両のアクセルホールド状態を示す図であって、（ａ）は前輪に駆動力が作用している状態、（ｂ）は後輪に駆動力が作用している状態 この発明に係る車両制御装置の制御フローを示すフローチャート

この発明に係る車両制御装置の一実施形態を図１に示すブロック図を用いて説明する。この車両制御装置は、電気自動車、プラグインハイブリッド車、ハイブリッド車などのように、駆動輪にモータで駆動力を与える車両１０に適用することができる。図１に示す車両１０は、主駆動輪１１（ここでは前輪。以下においては、主駆動輪１１のことを前輪１１という。）および副駆動輪１２（ここでは後輪。以下においては、副駆動輪１２のことを後輪１２という。）の両方に駆動用のモータ（主モータ１３、副モータ１４）が設けられた４輪駆動車である。

この車両制御装置は、主モータ１３、測温手段１５、クラッチ１６、停止手段１７、および、制御部１８を主要な構成要素とする。

主モータ１３は、車両１０の前輪１１に駆動力を与える。主モータ１３の駆動力は、前輪側ディファレンシャル１９および前輪側車軸２０を介して前輪１１に伝達される。

図２に示すように、三相インバータは、６個のスイッチング素子２１（第一スイッチング素子２１ａ、第二スイッチング素子２１ｂ、第三スイッチング素子２１ｃ、第四スイッチング素子２１ｄ、第五スイッチング素子２１ｅ、第六スイッチング素子２１ｆ）で構成されている。各スイッチング素子２１には、制御用の信号が送られ、この信号に基づいて電流のオン状態とオフ状態が切り替えられる。また、各スイッチング素子２１には、電流をオフ状態に切り替えたときに、そのスイッチング素子２１に高電圧が作用するのを防止するダイオード２２が並列に設けられている。

この三相インバータはバッテリ２３（直流電源）に接続され、直流電流を交流電流に変換している。そして、変換された交流電流が、主モータ１３に供給される。この主モータ１３は、３個のコイル２４（第一コイル２４ａ、第二コイル２４ｂ、第三コイル２４ｃ）を有する三相交流モータである。

例えば、第一スイッチング素子２１ａと第六スイッチング素子２１ｆをオン状態とすると、主モータ１３の第一コイル２４ａと第二コイル２４ｂ（ｕ相）に通電経路（図２（ａ）中の一点鎖線で囲った経路）が形成される。このとき、通電経路に係る第一スイッチング素子２１ａ、第六スイッチング素子２１ｆ、第一コイル２４ａ、および、第二コイル２４ｂが発熱する。また、第二スイッチング素子２１ｂと第六スイッチング素子２１ｆをオン状態とすると、主モータ１３の第二コイル２４ｂと第三コイル２４ｃ（ｖ相）に通電経路（図２（ｂ）中の一点鎖線で囲った経路）が形成される。このとき、通電経路に係る第二スイッチング素子２１ｂ、第六スイッチング素子２１ｆ、第二コイル２４ｂ、および、第三コイル２４ｃが発熱する。

通常の走行時のように、主モータ１３の通電経路（ｕ相、ｖ相、ｗ相）が短時間で切り替わる場合は、各スイッチング素子２１および各コイル２４での発熱が均等化されて、特定のスイッチング素子２１またはコイル２４が過熱状態となることはない。ところが、アクセルホールド状態のように車軸が停止した場合、特定の通電経路のみが通電状態となり、この通電経路に係るスイッチング素子２１およびコイル２４が過熱状態となりやすい。

測温手段１５は、主モータ１３の通電経路の温度を測定する機能を有する。具体的には、この測温手段１５によって、主モータ１３を構成する各コイル２４と、各コイル２４への通電経路を切り替える三相インバータの各スイッチング素子２１（図２参照）の温度が測定される。

クラッチ１６は、主モータ１３に併設されており、前輪１１と主モータ１３との間の駆動力の結合状態と開放状態を切り替える機能を有する。クラッチ１６を結合状態とすると、主モータ１３の駆動力は、前輪側ディファレンシャル１９および前輪側車軸２０を介して前輪１１に伝達される。その一方で、クラッチ１６を開放状態とした上で主モータ１３に駆動電力を供給すると、この主モータ１３を無負荷状態で空転させることができる。このように、主モータ１３を空転させることにより、この主モータ１３への通電経路が速やかに切り替えることができるため、特定の通電経路が過熱するのを防止することができるとともに、オイルの循環を高めて油冷を促進することができる。

前輪１１とは別の駆動輪である後輪１２には、副モータ１４が設けられている。この副モータ１４は、主モータ１３と同じく、第一コイル２４ａ、第二コイル２４ｂ、および、第三コイル２４ｃを有する三相交流モータである。副モータ１４の駆動力は、後輪側ディファレンシャル２５および後輪側車軸２６を介して後輪１２に伝達される。副モータ１４には、バッテリ２３の直流電流を三相インバータで交流電流に変換した上で電力供給される。この三相インバータとして、主モータ１３側に設けられたものと同じもの（図２参照）が採用される。副モータ１４にはクラッチ２７が併設されており、このクラッチ２７によって、後輪１２と副モータ１４との間の駆動力の結合状態と開放状態を切り替えるように構成されている。

前輪１１および後輪１２には、車両１０を機械的に停止させる機械式ブレーキ２８が設けられている。この機械式ブレーキ２８は、ドライバのブレーキペダル２９の操作、または、機械式ブレーキ２８に接続された制御部１８からの制御に基づいて作動する。

停止手段１７は、主モータ１３による前輪１１のアクセルホールド状態を解除したときに、車両１０の停止状態を維持させるための手段である。この停止手段１７として、後輪１２側に設けられた副モータ１４を利用することができる。主モータ１３に併設されたクラッチ１６を開放状態とするのと同時に、副モータ１４に併設されたクラッチ２７を結合状態とし、後輪１２に副モータ１４の駆動力を与えることにより、副モータ１４による後輪１２のアクセルホールド状態を維持することができる。

制御部１８は、測温手段１５で測定した温度に基づいて、主モータ１３、クラッチ１６および停止手段１７の動作を制御する機能を有する。この制御部１８は、アクセルペダル３０およびブレーキペダル２９にも接続されており、各ペダル２９、３０が操作されているかどうかを検出することもできる。

例えば、図３（ａ）に示すように、上り坂において、ドライバがブレーキペダル２９を踏むことなく、主モータ１３の駆動力（車両１０を前進させる力）と主モータ１３の駆動力と逆向きに車両１０に作用する力（車両１０を後退させる力）との釣り合いによって車両１０が停止したアクセルホールド状態となることがある。このとき、主モータ１３の特定の通電経路のみが通電状態となるため、測温手段１５で測定した温度が所定温度以上の過熱状態となりやすい。制御部１８は、主モータ１３の特定の通電経路が過熱状態となったときに、図３（ｂ）に示すように、停止手段１７としての副モータ１４を作動させて車両１０が停止した状態を維持するとともに、主モータ１３に併設されたクラッチ１６を開放状態としつつ、この主モータ１３を空転させて冷却する制御を行なう。

停止手段１７として、副モータ１４を利用する代わりに、機械式ブレーキ２８を利用することもできる。この場合も、主モータ１３に併設されたクラッチ１６を開放状態としつつ、この主モータ１３を空転させることにより、主モータ１３の冷却促進を図ることができる。このとき、前輪１１および後輪１２に設けられたすべての機械式ブレーキ２８を作動させてもよいし、前輪１１または後輪１２のいずれか一方の機械式ブレーキ２８を作動させてもよい。

この車両制御装置の制御フローを、図１および図２中の符号を参照しつつ、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、主駆動輪（ここでは前輪）に併設されたクラッチを結合状態とするとともに、この主駆動輪に駆動力を与える主モータを駆動して、車両が停止したアクセルホールド状態を維持する（図４のステップＳ１０）。このとき、例えば図２（ａ）に示すように、主モータのｕ相に通電経路が形成されている。

このアクセルホールド状態において、ｕ相通電時の通電経路となる主モータ１３の第一コイル２４ａおよび第二コイル２４ｂの温度Ｔ１ｍｕ、並びに、インバータの第一スイッチング素子２１ａおよび第六スイッチング素子２１ｆの温度Ｔ１ｉｕを測温手段１５によって測定する。例えば、ここでいうコイル温度Ｔ１ｍｕは、第一コイル２４ａおよび第二コイル２４ｂの平均温度または両コイル２４ａ、２４ｂのうち高温の方の温度とすることができる。また、スイッチング素子温度Ｔ１ｉｕは、第一スイッチング素子２１ａおよび第六スイッチング素子２１ｆの平均温度または両スイッチング素子２１ａ、２１ｆのうち高温の方の温度とすることができる。

ここで、ｕ相に係るコイル温度Ｔ１ｍｕとコイル制限温度ａとの高低、および、ｕ相に係るスイッチング素子温度Ｔ１ｉｕとスイッチング素子制限温度ｂとの高低が比較される（図４のステップＳ１１）。コイル温度Ｔ１ｍｕがコイル制限温度ａ以下で、かつ、スイッチング素子温度Ｔ１ｉｕがスイッチング素子制限温度ｂ以下のときは（ステップＳ１１のＮＯ側）、通電経路内の各コイル２４および各スイッチング素子２１は過熱状態ではないと判断できるため、この判断ループを継続する。コイル制限温度ａおよびスイッチング素子制限温度ｂは、コイル２４およびスイッチング素子２１自体の耐熱温度や、これらの周辺部材への熱影響を考慮して適宜決定することができる。

その一方で、コイル温度Ｔ１ｍｕがコイル制限温度ａよりも高い、または、スイッチング素子温度Ｔ１ｉｕがスイッチング素子制限温度ｂよりも高いときは（ステップＳ１１のＹＥＳ側）、コイル２４またはスイッチング素子２１の少なくとも一方が過熱状態にあるため、その過熱状態を解消する必要がある。

そこで、コイル２４またはスイッチング素子２１の過熱状態が検出されたときは、副モータ１４側のクラッチ２７を結合状態とするとともに、主モータ１３側のクラッチ１６を開放状態とする。これにより、駆動源が、主モータ１３から副モータ１４に変更される（図４のステップＳ１２）。

ここで、測温手段１５によって、主モータ１３のｕ相通電時の通電経路となる第一コイル２４ａおよび第二コイル２４ｂの温度Ｔ１ｍｕと、コイル制限温度ａとの高低が比較される（図４のステップＳ１３）。コイル温度Ｔ１ｍｕがコイル制限温度ａよりも高いときは（ステップＳ１３のＹＥＳ側）、主モータ１３を空転させてコイルの冷却を促進する（図４のステップＳ１４）。このように、主モータ１３を空転させることにより、通電経路を切り替えることによる冷却効果に加えて、オイルを均一に主モータ１３内に回すことによる油冷効果も得ることができる。

なお、主モータ１３の各コイル２４の油冷を促進するために、第一コイル２４ａおよび第二コイル２４ｂの温度が、コイル制限温度ａよりも若干低い場合（例えば、（コイル制限温度ａ−５℃）以上）であっても、上記と同様に、主モータ１３を回転させることによるコイル冷却制御（図４のステップＳ１４）を行うようにすることもできる。

さらに、主モータ１３の空転による冷却によって、コイル２４が十分冷却されたかどうか判断される。このとき、例えば、コイル温度Ｔ１ｍｕが、コイル制限温度ａよりも１０℃以上冷却されたかどうかを判断基準として採用することができる（図４のステップＳ１５）。ここでいう、「１０℃以上」とは、コイル２４がコイル制限温度ａよりも十分冷却されたことを示す目安に過ぎず、その値自体は適宜変更することができる。

コイル温度Ｔ１ｍｕが、コイル制限温度ａよりも１０℃以上冷却されたときは（ステップＳ１５のＹＥＳ側）、主モータ１３の空転を停止する（図４のステップＳ１６）。このとき、ｕ相、ｖ相、ｗ相に係る各通電経路の中で、温度的に余裕がある通電経路で停止するように制御がなされる。その一方で、コイル温度Ｔ１ｍｕが、コイル制限温度ａよりも１０℃以上冷却されていないときは（ステップＳ１５のＮＯ側）、この判断ループを継続する。

主モータ１３の空転を停止したら、副モータ１４側に設けられた測温手段１５で、副モータ１４に係るコイル２４の温度Ｔ２ｍｘ（ここで、ｘはｕ相、ｖ相、ｗ相のいずれかに対応して、ｕ、ｖ、ｗのいずれか。以下も同様。）およびスイッチング素子２１の温度Ｔ２ｉｘのモニタリングを開始し（図４のステップＳ１７）、一連の処理フローを抜ける（図４のステップＳ１８）。

その一方で、コイル温度Ｔ１ｍｕがコイル制限温度ａよりも低いときは（ステップＳ１３のＮＯ側）、スイッチング素子温度Ｔ１ｉｕが、スイッチング素子制限温度ｂよりも高い状態であるといえる。そこで、主モータ１３を空転させ、停止状態での通電経路をｖ相またはｗ相のうち温度的に余裕がある方に変更する（図４のステップＳ１９）ことによって、ｕ相に係るスイッチング素子２１の過熱状態を解消する。

主モータ１３の空転を停止したら、副モータ１４側に設けられた測温手段１５で、副モータ１４に係るコイル２４の温度Ｔ２ｍｘおよびスイッチング素子２１の温度Ｔ２ｉｘのモニタリングを開始し（図４のステップＳ１７）、一連の処理フローを抜ける（図４のステップＳ１８）。この場合、車両１０のアクセルホールド状態を維持する副モータ１４を主モータ１３と読み替えて、本制御フローを改めて開始する。

上記において説明した車両制御装置およびその制御フローはあくまでも例示に過ぎず、アクセルホールド状態におけるモータの通電経路の過熱を確実に防止する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、採用される構成要素や制御フローに、適宜変更を加えることができる。

例えば、上記の制御フローにおいて、副モータ１４側のクラッチ２７を結合状態とするとともに、主モータ１３側のクラッチ１６を開放状態とする（図４のステップＳ１２）代わりに、前輪１１または後輪１２の少なくとも一方に設けられた機械式ブレーキ２８を作動させて、車両１０の停止状態を維持するようにしてもよい。この場合も、主モータ１３から前輪１１への駆動力を遮断して、この主モータ１３を空転させることにより、コイル２４またはスイッチング素子２１の冷却を図ることができるためである。また、停止手段１７として機械式ブレーキ２８を採用することにより、この車両制御装置を４輪駆動車のみならず２輪駆動車にも適用することができる。

また、上記の制御フローにおいて、コイル温度Ｔ１ｍｘとスイッチング素子温度Ｔ１ｉｘの両方をモニタリングする代わりに、いずれか一方のみをモニタリングするようにしてもよい。この場合も、アクセルホールド状態における主モータ１３の通電経路の過熱を検出することができるためである。

１０ 車両
１１ 主駆動輪（前輪）
１２ 副駆動輪（後輪）
１３ 主モータ
１４ 副モータ
１５ 測温手段
１６ クラッチ
１７ 停止手段
１８ 制御部
１９ 前輪側ディファレンシャル
２０ 前輪側車軸
２１ スイッチング素子
２２ ダイオード
２３ バッテリ
２４ コイル
２５ 後輪側ディファレンシャル
２６ 後輪側車軸
２７ クラッチ
２８ 機械式ブレーキ
２９ ブレーキペダル
３０ アクセルペダル

Claims (6)

1. 車両の主駆動輪に駆動力を与える主モータと、
   前記主モータの通電経路の温度を測定する測温手段と、
   前記主駆動輪と前記主モータとの間の駆動力の結合状態と開放状態を切り替えるクラッチと、
   車両を停止させる停止手段と、
   前記測温手段で測定した温度に基づいて、前記主モータ、前記クラッチおよび前記停止手段の動作を制御する制御部と、
   を備え、前記主モータの駆動力と、前記主モータの駆動力と逆向きに車両に作用する力との釣り合いによって車両が停止した状態において、前記測温手段で測定した温度が所定温度以上の過熱状態となったときに、前記制御部が、前記停止手段を作動させて車両が停止した状態を維持するとともに、前記クラッチを開放状態としつつ前記主モータを空転させる
   車両制御装置。
2. 前記主モータが三相交流モータであって、その各相に係るコイルの温度を前記測温手段で測定する
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記主モータが三相交流モータであって、この主モータの位相を切り替えるスイッチング素子の温度を前記測温手段で測定する
   請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 前記主モータが三相交流モータであって、前記制御部は、前記測温手段で測定した温度がその各相に係るコイルの温度であるか、或いはこの主モータの位相を切り替えるスイッチング素子の温度であるかに基づいて、前記主モータの空転量を異ならしめる
   請求項２または３に記載の車両制御装置。
5. 前記停止手段が、前記主駆動輪とは別の副駆動輪に駆動力を与える副モータであって、この副モータの駆動力と、前記副モータの駆動力と逆向きに車両に作用する力とを釣り合わせて車両を停止させる
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車両制御装置。
6. 前記停止手段が、車両を機械的に停止させる機械式ブレーキであって、この機械式ブレーキで車両を停止させる
   請求項１から４のいずれか１項に記載の車両制御装置。

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