JP2021139474A - シフトバイワイヤシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】冗長性の高いシフトバイワイヤシステムを提供する。【解決手段】シフトバイワイヤシステムは、三相交流モータ50と、高圧側中性点配線11と、高圧側中性点配線に設けられている高圧側リレー12と、低圧側中性点配線41と、低圧側中性点配線に設けられている低圧側リレー42とを備えている。シフトバイワイヤシステムは、高圧側配線21と、高圧側スイッチ22と、低圧側配線31と、低圧側スイッチ32とを備えている。シフトバイワイヤシステムは、高圧側リレーと低圧側リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとの制御を行う制御部90を備えている。制御部は、高圧側スイッチと低圧側スイッチとにおける故障の有無を判定する故障判定を実行可能であって、故障判定の結果に基づいて、高圧側リレーと低圧側リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとを制御する。【選択図】図2
Description
この明細書における開示は、シフトバイワイヤシステムに関する。
特許文献1は、電動モータの故障時に断線、短絡を判定することが可能なシフトバイワイヤ方式のシフト切り替え装置を開示している。また、一相の断線故障時に、断線していない相の巻線を用いてモータを回転させる構成を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
先行技術文献の構成では、1つのモータに対してU相、V相、W相に対応するスイッチングトランジスタが1つずつ設けられている。このため、1つでもスイッチングトランジスタにショート故障が発生した場合に、モータを作動させることができない。あるいは、2つ以上のスイッチングトランジスタにオープン故障が発生した場合に、モータを作動させることができない。しかしながら、シフトバイワイヤシステムにおいては、故障が発生した場合においても、できる限りモータを駆動可能な状態に維持する必要がある。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、シフトバイワイヤシステムにはさらなる改良が求められている。
開示される1つの目的は、冗長性の高いシフトバイワイヤシステムを提供することにある。
ここに開示されたシフトバイワイヤシステムは、車両のシフトレンジを電気的な制御を用いて切り替えるシフトバイワイヤシステムであって、三相分のコイル部材(55u、55v、55w)がスター結線された三相交流モータ(50)と、電源(4)と三相交流モータの中性点(51)とを接続している高圧側中性点配線(11)と、高圧側中性点配線に設けられている高圧側リレー(12)と、グランドと中性点とを接続している低圧側中性点配線(41)と、低圧側中性点配線に設けられている低圧側リレー(42)と、電源と三相交流モータの中性点とは反対側とを接続し、三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側配線部材(21u、21v、21w)を有する高圧側配線(21)と、高圧側配線に設けられ、三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側スイッチング素子(22u、22v、22w)を有する高圧側スイッチ(22)と、三相交流モータの中性点とは反対側とグランドとを接続し、三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側配線部材(31u、31v、31w)を有する低圧側配線(31)と、低圧側配線に設けられ、三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側スイッチング素子(32u、32v、32w)を有する低圧側スイッチ(32)と、高圧側リレーと低圧側リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとの制御を行う制御部(90)とを備え、制御部は、高圧側スイッチと低圧側スイッチとにおける故障の有無を判定する故障判定を実行可能であって、故障判定の結果に基づいて、高圧側リレーと低圧側リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとを制御する。
開示されたシフトバイワイヤシステムによると、高圧側スイッチと低圧側スイッチとにおける故障の有無を判定する故障判定を実行可能であって、故障判定の結果に基づいて、高圧側リレーと低圧側リレーと高圧側スイッチと低圧側スイッチとを制御する制御部を備えている。このため、故障判定の結果に応じて使用するスイッチやリレーを適切に切り替えることで、三相交流モータを駆動可能な状態を長く維持できる。したがって、冗長性の高いシフトバイワイヤシステムを提供できる。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
第1実施形態
シフトバイワイヤシステム1は、車両の運転手の操作に基づいて、変速機のシフトレンジを電気的な制御を用いて切り替えるシステムである。図1において、シフトバイワイヤシステム1は、三相交流モータ50、シフトレンジ切り替え機構60、パーキングロック機構70を備えている。ここで、三相交流モータ50は、スイッチトリラクタンスモータである。
シフトバイワイヤシステム1は、車両の運転手の操作に基づいて、変速機のシフトレンジを電気的な制御を用いて切り替えるシステムである。図1において、シフトバイワイヤシステム1は、三相交流モータ50、シフトレンジ切り替え機構60、パーキングロック機構70を備えている。ここで、三相交流モータ50は、スイッチトリラクタンスモータである。
シフトレンジ切り替え機構60は、マニュアルシャフト61、ディテントプレート62、ディテントスプリング65、マニュアルバルブ68、バルブボディ69を備えている。シフトレンジ切り替え機構60で切り替えるシフトレンジには、パーキングレンジとパーキングレンジ以外のシフトレンジである非パーキングレンジとが含まれる。非パーキングレンジは、例えばドライブレンジやニュートラルレンジなどのシフトレンジである。この明細書および図面において、パーキングをPと表記し、非パーキングをNotPと表記することがある。
マニュアルシャフト61は、三相交流モータ50の出力軸を構成している。このため、三相交流モータ50が回転することで、マニュアルシャフト61も回転することとなる。ディテントプレート62は、マニュアルシャフト61に取り付けられている。ディテントプレート62は、マニュアルシャフト61から径方向外側に延びている。ディテントプレート62は、マニュアルシャフト61の回転に応じて回動する。ディテントプレート62がディテントスプリング65の基部から離れる方向を正回転方向とし、基部に近づく方向を逆回転方向としている。
マニュアルバルブ68は、ディテントプレート62にピンを介して取り付けられている。マニュアルバルブ68は、三相交流モータ50の回転運動を直線運動に変換している。マニュアルバルブ68は、バルブボディ69に接続されている。マニュアルバルブ68が直線的な往復運動を行うことで、油圧クラッチへの油圧供給経路が切り替えられ、シフトレンジが切り替えられることとなる。
ディテントプレート62のディテントスプリング65側には、複数の凹部63が設けられている。凹部63は、Pレンジに対応した位置と、NotPレンジに対応した位置とのそれぞれに設けられている。
ディテントスプリング65は、弾性変形可能な板状部材である。ディテントスプリング65の先端には、ストッパ66が設けられている。ディテントスプリング65は、ストッパ66をディテントプレート62の回動中心方向に付勢している。ディテントプレート62に所定以上の回転力が加わると、ディテントスプリング65が弾性変形して、ストッパ66の位置が複数の凹部63間を移動することとなる。
ストッパ66は、凹部63に嵌まり込むことでディテントプレート62の揺動を規制している。これにより、マニュアルバルブ68の位置やパーキングロック機構70の状態が安定して維持される。言い換えると、シフトレンジの位置が安定して固定される。ストッパ66は、Pレンジの場合とNotPレンジの場合とで、異なる凹部63に嵌まり込むこととなる。
パーキングロック機構70は、パーキングロッド71、テーパカム72、パーキングポール73、パーキングギア75を備えている。パーキングロッド71は、略L字形状に形成されている。パーキングロッド71の一端は、ディテントプレート62に固定されている。パーキングロッド71の他端には、円錐状のテーパカム72が設けられている。ディテントプレート62が回動することで、テーパカム72が軸方向に移動する。テーパカム72の側面には、パーキングポール73が接触している。このため、パーキングロッド71が往復運動することで、テーパカム72を介してパーキングポール73がポール軸部74を中心に回動することとなる。
パーキングポール73には、凸部73aが設けられている。Pレンジが選択されている状態では、凸部73aがパーキングギア75の歯車にかみ合い、パーキングギア75の回転が規制される。これにより、自動変速機の出力軸の回転をロックするパーキングロックが行われる。一方、NotPレンジが選択されている状態では、凸部73aがパーキングギア75の歯車から外れ、パーキングギア75が回転可能となる。これにより、パーキングロックが解除される。このようにして、パーキングロック機構70は、ロック状態と非ロック状態とを切り替える。
三相交流モータ50の駆動制御について、以下に説明する。図2において、モータシステム5は、三相交流モータ50と、三相交流モータ50に電力を供給するための配線とを備えている。モータシステム5は、配線に設けられたスイッチやリレーの切り替え制御を行う制御部90を備えている。制御部90は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれる。
三相交流モータ50は、U相コイル部材55uとV相コイル部材55vとW相コイル部材55wとを備えている。言い換えると、三相交流モータ50は、三相分のコイル部材を備えている。U相コイル部材55uとV相コイル部材55vとW相コイル部材55wとは、スター結線されている。U相コイル部材55uは、コイル部材の一例を提供する。V相コイル部材55vは、コイル部材の一例を提供する。W相コイル部材55wは、コイル部材の一例を提供する。
電源4と三相交流モータ50の中性点51とは、高圧側中性点配線11によって電気的に接続されている。高圧側中性点配線11には、高圧側リレー12が設けられている。高圧側リレー12がオンであれば、高圧側中性点配線11を介して三相交流モータ50に電力供給可能な状態となり、中性点51が電源4に等しい高電圧となる。一方、高圧側リレー12がオフであれば、少なくとも高圧側中性点配線11を介した三相交流モータ50への電力供給が不可能な状態となる。
グランドと三相交流モータ50の中性点51とは、低圧側中性点配線41によって電気的に接続されている。低圧側中性点配線41には、低圧側リレー42が設けられている。低圧側リレー42がオンであれば、低圧側中性点配線41が通電可能な状態となり、中性点51がグランドに等しい低電圧となる。一方、低圧側リレー42がオフであれば、少なくとも低圧側中性点配線41が通電不可能な状態となる。
三相交流モータ50の中性点51とは反対側には、電源4に接続するための高圧側配線21と、グランドに接続するための低圧側配線31とが設けられている。高圧側配線21は、U相高圧側配線部材21uとV相高圧側配線部材21vとW相高圧側配線部材21wとを備えている。U相高圧側配線部材21uは、電源4とU相コイル部材55uとを電気的に接続している。V相高圧側配線部材21vは、電源4とV相コイル部材55vとを電気的に接続している。W相高圧側配線部材21wは、電源4とW相コイル部材55wとを電気的に接続している。U相高圧側配線部材21uは、高圧側配線部材の一例を提供する。V相高圧側配線部材21vは、高圧側配線部材の一例を提供する。W相高圧側配線部材21wは、高圧側配線部材の一例を提供する。
高圧側配線21には、高圧側スイッチ22が設けられている。高圧側スイッチ22は、U相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとを備えている。U相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとは、半導体を用いたスイッチング素子であり、例えばMOSFETを採用可能である。ただし、IGBTなどの半導体スイッチング素子などを採用してもよい。
U相高圧側スイッチング素子22uは、U相高圧側配線部材21uに設けられている。V相高圧側スイッチング素子22vは、V相高圧側配線部材21vに設けられている。W相高圧側スイッチング素子22wは、W相高圧側配線部材21wに設けられている。U相高圧側スイッチング素子22uは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。V相高圧側スイッチング素子22vは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。W相高圧側スイッチング素子22wは、高圧側スイッチング素子の一例を提供する。
U相高圧側スイッチング素子22uがオンの場合、U相高圧側配線部材21uが通電可能な状態となる。一方、U相高圧側スイッチング素子22uがオフの場合、U相高圧側配線部材21uが通電不可能な状態となる。V相高圧側スイッチング素子22vがオンの場合、V相高圧側配線部材21vが通電可能な状態となる。一方、V相高圧側スイッチング素子22vがオフの場合、V相高圧側配線部材21vが通電不可能な状態となる。W相高圧側スイッチング素子22wがオンの場合、W相高圧側配線部材21wが通電可能な状態となる。一方、W相高圧側スイッチング素子22wがオフの場合、W相高圧側配線部材21wが通電不可能な状態となる。
低圧側配線31は、U相低圧側配線部材31uとV相低圧側配線部材31vとW相低圧側配線部材31wとを備えている。U相低圧側配線部材31uは、グランドとU相コイル部材55uとを電気的に接続している。V相低圧側配線部材31vは、グランドとV相コイル部材55vとを電気的に接続している。W相低圧側配線部材31wは、グランドとW相コイル部材55wとを電気的に接続している。U相低圧側配線部材31uは、低圧側配線部材の一例を提供する。V相低圧側配線部材31vは、低圧側配線部材の一例を提供する。W相低圧側配線部材31wは、低圧側配線部材の一例を提供する。
低圧側配線31には、低圧側スイッチ32が設けられている。低圧側スイッチ32は、U相低圧側スイッチング素子32uとV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとを備えている。U相低圧側スイッチング素子32uとV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとは、半導体を用いたスイッチング素子であり、例えばMOSFETを採用可能である。ただし、IGBTなどの半導体スイッチング素子なども採用可能である。
U相低圧側スイッチング素子32uは、U相低圧側配線部材31uに設けられている。V相低圧側スイッチング素子32vは、V相低圧側配線部材31vに設けられている。W相低圧側スイッチング素子32wは、W相低圧側配線部材31wに設けられている。U相低圧側スイッチング素子32uは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。V相低圧側スイッチング素子32vは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。W相低圧側スイッチング素子32wは、低圧側スイッチング素子の一例を提供する。
U相低圧側スイッチング素子32uがオンの場合、U相低圧側配線部材31uが通電可能な状態となる。一方、U相低圧側スイッチング素子32uがオフの場合、U相低圧側配線部材31uが通電不可能な状態となる。V相低圧側スイッチング素子32vがオンの場合、V相低圧側配線部材31vが通電可能な状態となる。一方、V相低圧側スイッチング素子32vがオフの場合、V相低圧側配線部材31vが通電不可能な状態となる。W相低圧側スイッチング素子32wがオンの場合、W相低圧側配線部材31wが通電可能な状態となる。一方、W相低圧側スイッチング素子32wがオフの場合、W相低圧側配線部材31wが通電不可能な状態となる。
U相コイル部材55uとV相コイル部材55vとW相コイル部材55wとは、三相交流モータ50の固定子として機能する。三相交流モータ50の回転子は、複数の突極を有する鉄心を備えている。三相交流モータ50は、固定子で発生した磁界に対して磁気抵抗が最も小さくなるように回転子が回転するスイッチトリラクタンスモータである。
低圧側配線31における低圧側スイッチ32とグランドとの間には、シャント抵抗33が設けられている。このシャント抵抗33は、低圧側中性点配線41における低圧側リレー42とグランドとの間に位置している。シャント抵抗33の両端電圧を計測することで、低圧側配線31または低圧側中性点配線41を通電してグランドに流れ込む電流の大きさを算出することができる。
制御部90は、高圧側リレー12と低圧側リレー42と高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とに対してオンオフの切り替えを制御するための信号を出力する。制御部90は、U相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとのそれぞれに個別に信号を出力する。制御部90は、U相低圧側スイッチング素子32uとV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとのそれぞれに個別に信号を出力する。
図3において、制御部90は、電流センサ34とキースイッチ35とに接続している。電流センサ34は、低圧側配線31または低圧側中性点配線41を流れる電流の大きさを計測するためのセンサである。電流センサ34としては、シャント抵抗33の両端電圧を計測する電圧計を採用可能である。電流センサ34は、シャント抵抗33の両端電圧を計測する電圧計に限られない。例えば、ホール素子や磁気抵抗効果素子を用いて配線部材を流れる電流の大きさを計測してもよい。この場合、非接触で電流の大きさを計測することができる。制御部90は、電流センサ34で計測した電流の大きさを取得する。
キースイッチ35は、車両の状態をイグニッション状態とアクセサリ状態とオフ状態とに切り替えるためのスイッチである。キースイッチ35は、イグニッションスイッチとも呼ばれる。制御部90は、キースイッチ35で切り替えた車両の状態を取得する。
制御部90は、高圧側リレー12と低圧側リレー42と高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とに接続している。制御部90は、高圧側リレー12のオンオフを制御する。制御部90は、低圧側リレー42のオンオフを制御する。制御部90は、高圧側スイッチ22のオンオフを制御する。制御部90は、低圧側スイッチ32のオンオフを制御する。
制御部90は、信号出力部91と電流取得部92と判定部93と記憶部94とを備えている。信号出力部91は、高圧側リレー12や低圧側リレー42や高圧側スイッチ22や低圧側スイッチ32のオンオフを切り替えるための信号を出力する。電流取得部92は、電流センサ34で計測した電流値を取得する。判定部93は、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とにおけるオープン故障やショート故障といった故障の有無を判定する。記憶部94は、判定部93で判定した故障の有無の判定結果などを記憶する。
シフトバイワイヤシステム1におけるモータシステム5の駆動制御を、低圧側三相駆動モードを例に以下に説明する。低圧側三相駆動モードでは、高圧側リレー12がオン、かつ、低圧側リレー42がオフの状態を維持して、図4に示すように高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを切り替える。これにより、三相交流モータ50を回転駆動することができる。モータシステム5の駆動モードは、低圧側三相駆動モード以外にも様々な駆動モードを採用可能である。
三相交流モータ50の駆動を開始するタイミングであるT0では、U相低圧側スイッチング素子32uをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。
図5は、低圧側三相駆動モードにおけるT0の完了後の電流の流れを示している。低圧側三相駆動モードでは、高圧側リレー12がオンであり、かつ高圧側スイッチ22がオフである。このため、電流は、高圧側中性点配線11を流れている。また、低圧側リレー42とV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとがオフであり、U相低圧側スイッチング素子32uがオンである。このため、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
図4において、次のタイミングであるT1では、W相低圧側スイッチング素子32wをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uとW相コイル部材55wとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT2では、U相低圧側スイッチング素子32uをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、W相コイル部材55wを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のW相に一相通電している状態である。
次のタイミングであるT3では、V相低圧側スイッチング素子32vをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、V相コイル部材55vとW相コイル部材55wとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のV相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT4では、W相低圧側スイッチング素子32wをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、V相コイル部材55vを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のV相に一相通電している状態である。
次のタイミングであるT5では、U相低圧側スイッチング素子32uをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uとV相コイル部材55vとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相とV相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT6では、V相低圧側スイッチング素子32vをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
低圧側三相駆動モードにおいて、T6の完了後における各スイッチのオンオフと、T0の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、T6の完了後は、T1のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで低圧側三相駆動モードにおける三相交流モータ50の回転駆動を維持できる。言い換えると、低圧側三相駆動モードにおいて、三相交流モータ50の回転駆動を維持する間は、T1からT6までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。
低圧側三相駆動モードにおけるT0からT6までの各スイッチング素子のオンオフ切り替えによって、三相交流モータ50の回転子の位置をU相コイル部材55uに突極が正対する位置に移動させることができる。したがって、三相交流モータ50の回転子と固定子との相対的な位置関係を把握することができる。
シフトバイワイヤシステム1においては、三相交流モータ50を後述する通常駆動モードなどの駆動モードで駆動することでP壁位置検出やP壁戻しといった制御を行う。ここで、P壁位置検出とは、Pレンジを維持可能な三相交流モータ50の回転数を決めるための制御である。P壁位置検出では、Pレンジに対応した凹部63にストッパ66が位置している状態で、三相交流モータ50の回転数を上昇させ、ディテントプレート62を正回転方向に回動させる。これにより、Pレンジを維持できる三相交流モータ50の回転数の上限を検出する。NotPレンジからPレンジにシフトレンジを変更する際には、Pレンジの状態でこの回転数の上限を超えないように三相交流モータ50を制御することとなる。
P壁戻しとは、ストッパ66の位置がPレンジに対応した凹部63の中心位置に合うように調整する制御である。P壁戻しは、P壁位置検出を完了した後に行う制御である。P壁戻しでは、三相交流モータ50を回転させ、ディテントプレート62を逆回転方向に回動させる。シフトバイワイヤシステム1は、P壁位置検出とP壁戻しとの2つの制御を経て、実際にシフトレンジを変更可能な状態に遷移することとなる。
モータシステム5の故障判定を含む駆動制御について、以下に説明する。以下では、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32として、ノーマリオフ型の半導体スイッチング素子を採用した場合を例に説明する。この場合、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とは、オン信号が入力されている間のみオン状態となり、オン信号が入力されていない間はオフ状態となる。
図6において、キースイッチ35が押されるなどして、モータシステム5の駆動制御が開始されると、ステップS110で高圧側スイッチ22のショート故障判定を行う。ショート故障とは、制御部90の制御によらずスイッチング素子が常にオンされた状態となる故障のことである。
モータシステム5の駆動制御を開始する条件として、キースイッチ35のオン以外の条件を設定してもよい。例えば、電源4に蓄えられている電力が閾値未満である場合には、各スイッチング素子に対して後述する故障判定を行わないように設定してもよい。この場合、故障判定が行われていないことを示すメッセージと、電源4への充電を促すメッセージを乗員に対して報知することが好ましい。
図7において、高圧側スイッチ22のショート故障判定を開始すると、ステップS111で高圧側リレー12をオフの状態とする。これにより、高圧側中性点配線11を通電不可能な状態とする。高圧側リレー12をオフした後、ステップS112に進む。
ステップS112では、低圧側リレー42をオフの状態とする。これにより、低圧側中性点配線41を通電不可能な状態とする。低圧側リレー42をオフした後、ステップS114に進む。
ステップS114では、各スイッチング素子をオフの状態とする。言い換えると、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とをオフの状態とする。各スイッチング素子をオフの状態とした後、ステップS115に進む。
ステップS115では、判定対象と同相の低圧側スイッチ32にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。低圧側スイッチ32にパルス信号が入力され、低圧側スイッチ32が短時間オンの状態となる。判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、パルス信号は、U相低圧側スイッチング素子32uに出力される。このため、U相低圧側スイッチング素子32uのみがオンの状態となる。判定対象と同相の低圧側スイッチ32にパルス信号を出力した後、ステップS116に進む。
ステップS116では、モータシステム5に流れる電流値を取得する。より詳細には、シャント抵抗33の両端電圧を計測して、電流値を算出する。判定対象と同相の低圧側スイッチング素子がオンの状態での電流値を取得することとなる。判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、U相低圧側スイッチング素子32uがオンの状態での電流値を取得することとなる。電流値を取得した後、ステップS117に進む。
ステップS117では、取得した電流値が閾値以上であるか否かを判定する。閾値は、三相交流モータ50を適切に駆動している際に計測される電流値よりも大きな電流値に設定可能である。
仮に判定対象の高圧側スイッチング素子がショート故障している場合、判定対象のスイッチング素子と同相の低圧側スイッチング素子をオンにすることで、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との両方が通電可能な状態となる。このため、各コイル部材を介さずに、電源4がグランドにつながることとなる。したがって、シャント抵抗33において、閾値を超える大きな電流が計測されることとなる。判定対象のスイッチング素子と同相の低圧側スイッチング素子をオンにする時間は、電流値の判定が適切に可能な範囲においてできる限り短い時間とすることが好ましい。これにより、短絡による大電流が流れる時間を短くすることができる。
電流値が閾値以上である場合には、判定対象の高圧側スイッチング素子をオフにできていないと判断して、ステップS118に進む。一方、電流値が閾値未満である場合には、判定対象の高圧側スイッチング素子をオフにできていると判断して、ステップS119に進む。
ステップS118では、判定対象の高圧側スイッチング素子がショート故障していることを記憶する。判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、U相高圧側スイッチング素子22uがショート故障していると記憶することとなる。判定対象の高圧側スイッチング素子がショート故障していることを記憶した後、ステップS119に進む。
ステップS119では、故障判定が全相について完了しているか否かを判定する。故障判定が全相について完了していれば、高圧側スイッチ22のショート故障判定を終了する。一方、故障判定が全相について完了していなければ、ステップS114に戻って異なる相を判定対象として、ショート故障判定を繰り返す。仮に故障判定がU相高圧側スイッチング素子22uのみについて完了している状態では、V相高圧側スイッチング素子22vまたはW相高圧側スイッチング素子22wを判定対象として、再びショート故障判定を行うこととなる。高圧側スイッチ22のショート故障判定を行った後、ステップS120に進む。
図6のステップS120では、低圧側スイッチ32のショート故障判定を行う。図8において、低圧側スイッチ32のショート故障判定を開始すると、ステップS121で高圧側リレー12をオフの状態とする。これによって、高圧側中性点配線11を通電不可能な状態とする。高圧側リレー12をオフした後、ステップS122に進む。
ステップS122では、低圧側リレー42をオフの状態とする。これによって、低圧側中性点配線41を通電不可能な状態とする。低圧側リレー42をオフした後、ステップS124に進む。
ステップS124では、各スイッチング素子をオフの状態とする。言い換えると、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との両方をオフの状態とする。各スイッチング素子をオフの状態とした後、ステップS125に進む。
ステップS125では、判定対象と同相の高圧側スイッチ22にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。高圧側スイッチ22にパルス信号が入力され、高圧側スイッチ22が短時間オンの状態となる。判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、パルス信号は、U相高圧側スイッチング素子22uに出力される。このため、U相高圧側スイッチング素子22uのみがオンの状態となる。判定対象と同相の高圧側スイッチ22にパルス信号を出力した後、ステップS126に進む。
ステップS126では、モータシステム5に流れる電流値を取得する。仮に判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、U相高圧側スイッチング素子22uがオンの状態での電流値を取得することとなる。電流値を取得した後、ステップS127に進む。
ステップS127では、取得した電流値が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値は、三相交流モータ50を適切に駆動している際に計測される電流値よりも大きな電流値に設定可能である。
仮に判定対象の低圧側スイッチング素子がショート故障している場合、判定対象のスイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオンにすることで、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との両方が通電可能な状態となる。このため、各コイル部材を介することなく、電源4がグランドにつながることとなる。したがって、シャント抵抗33において、閾値を超える大きな電流が計測される。判定対象のスイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオンにする時間は、電流値の判定が適切に可能な範囲においてできる限り短い時間とすることが好ましい。これにより、短絡による大電流が流れる時間を短くできる。
電流値が閾値以上である場合には、判定対象の低圧側スイッチング素子をオフにできていないと判断して、ステップS128に進む。一方、電流値が閾値未満である場合には、判定対象の低圧側スイッチング素子をオフにできていると判断して、ステップS129に進む。
ステップS128では、判定対象の低圧側スイッチング素子がショート故障していることを記憶する。判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、U相低圧側スイッチング素子32uがショート故障していると記憶することとなる。判定対象の低圧側スイッチング素子がショート故障していることを記憶した後、ステップS129に進む。
ステップS129では、故障判定が全相について完了しているか否かを判定する。故障判定が全相について完了していれば、低圧側スイッチ32のショート故障判定を終了する。一方、故障判定が全相について完了していなければ、ステップS124に戻って異なる相を判定対象として、ショート故障判定を繰り返す。仮に故障判定がU相低圧側スイッチング素子32uのみについて完了している状態では、V相低圧側スイッチング素子32vまたはW相低圧側スイッチング素子32wを判定対象として、再びショート故障判定を行うこととなる。低圧側スイッチ32のショート故障判定を行った後、ステップS130に進む。
図6のステップS130では、高圧側スイッチ22のオープン故障判定を行う。オープン故障とは、制御部90の制御によらずスイッチング素子が常にオフされた状態となる故障のことである。
図9において、高圧側スイッチ22のオープン故障判定を開始すると、ステップS131で高圧側リレー12をオフの状態とする。これにより、高圧側中性点配線11を通電不可能な状態にする。高圧側リレー12をオフした後、ステップS132に進む。
ステップS132では、低圧側リレー42をオンの状態とする。これにより、低圧側中性点配線41を通電可能な状態にする。低圧側リレー42をオンした後、ステップS133に進む。
ステップS133では、ショート故障中の相を判定対象から除外する。仮にU相高圧側スイッチング素子22uがショート故障している場合には、U相高圧側スイッチング素子22uをオープン故障の判定対象から除外する。これにより、V相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとの2つのスイッチング素子を判定対象とする。ショート故障中の相を判定対象から除外した後、ステップS134に進む。
ステップS134では、各スイッチング素子をオフの状態とする。言い換えると、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との両方をオフの状態とする。各スイッチング素子をオフの状態とした後、ステップS135に進む。
ステップS135では、判定対象の高圧側スイッチ22にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。高圧側スイッチ22にパルス信号が入力され、高圧側スイッチ22が短時間オンの状態となる。ここで、パルス信号によって高圧側スイッチ22をオンする時間は、三相交流モータ50の回転子がほとんど動かない程度の短い時間であることが好ましい。判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、パルス信号は、U相高圧側スイッチング素子22uに出力される。このため、低圧側リレー42とU相高圧側スイッチング素子22uのみがオンの状態となる。判定対象の高圧側スイッチ22にパルス信号を出力した後、ステップS136に進む。
ステップS136では、モータシステム5に流れる電流値を取得する。仮に判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、U相高圧側スイッチング素子22uがオンの状態での電流値を取得することとなる。U相高圧側スイッチング素子22uがオンの状態になることで、U相高圧側配線部材21uと低圧側中性点配線41とを経由して電流が流れることとなる。電流値を取得した後、ステップS137に進む。
ステップS137では、取得した電流値が閾値未満であるか否かを判定する。閾値は、三相交流モータ50を適切に駆動している際に計測される電流値よりも小さな電流値に設定可能である。
仮に判定対象の高圧側スイッチング素子がオープン故障している場合、判定対象のスイッチング素子がオンされず、U相高圧側配線部材21uが通電不可能な状態が維持される。このため、電源4からグランドに向かって電流が流れることができず、閾値を超える電流が計測されないこととなる。
電流値が閾値未満である場合には、判定対象の高圧側スイッチング素子をオンにできていないと判断して、ステップS138に進む。一方、電流値が閾値以上である場合には、判定対象の高圧側スイッチング素子をオンにできていると判断して、ステップS139に進む。
ステップS138では、判定対象の高圧側スイッチング素子がオープン故障していることを記憶する。判定対象がU相高圧側スイッチング素子22uであれば、U相高圧側スイッチング素子22uがオープン故障していると記憶することとなる。判定対象の高圧側スイッチング素子がオープン故障していることを記憶した後、ステップS139に進む。
ステップS139では、故障判定が全相について完了しているか否かを判定する。故障判定が全相について完了していれば、高圧側スイッチ22のオープン故障判定を終了する。一方、故障判定が全相について完了していなければ、ステップS134に戻って異なる相を判定対象として、オープン故障判定を繰り返す。ここで、全相には、ショート故障中と判定された相は含まれない。仮に故障判定がU相高圧側スイッチング素子22uのみについて完了し、V相低圧側スイッチング素子32vがショート故障中の状態では、W相高圧側スイッチング素子22wを判定対象として、再びオープン故障判定を行うこととなる。高圧側スイッチ22のオープン故障判定を行った後、ステップS140に進む。
図6のステップS140では、低圧側スイッチ32のオープン故障判定を行う。図10において、低圧側スイッチ32のオープン故障判定を開始すると、ステップS141で高圧側リレー12をオンの状態とする。これにより、高圧側中性点配線11を通電可能な状態にする。高圧側リレー12をオンした後、ステップS142に進む。
ステップS142では、低圧側リレー42をオフの状態とする。これにより、低圧側中性点配線41を通電不可能な状態にする。低圧側リレー42をオフした後、ステップS143に進む。
ステップS143では、ショート故障中の相を判定対象から除外する。仮にU相高圧側スイッチング素子22uがショート故障している場合には、U相低圧側スイッチング素子32uをオープン故障の判定対象から除外する。これにより、V相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとの2つのスイッチング素子を判定対象とする。ショート故障中の相を判定対象から除外した後、ステップS144に進む。
ステップS144では、各スイッチング素子をオフの状態とする。言い換えると、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との両方のスイッチをオフの状態とする。各スイッチング素子をオフの状態とした後、ステップS145に進む。
ステップS145では、判定対象の低圧側スイッチ32にスイッチをオンするためのパルス信号を出力する。低圧側スイッチ32にパルス信号が入力され、低圧側スイッチ32が短時間オンの状態となる。ここで、パルス信号によって低圧側スイッチ32をオンする時間は、三相交流モータ50の回転子がほとんど動かない程度に短い時間であることが好ましい。判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、パルス信号は、U相低圧側スイッチング素子32uに出力される。このため、高圧側リレー12とU相低圧側スイッチング素子32uのみがオンの状態となる。判定対象の低圧側スイッチ32にパルス信号を出力した後、ステップS146に進む。
ステップS146では、モータシステム5に流れる電流値を取得する。仮に判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、U相低圧側スイッチング素子32uがオンの状態での電流値を取得することとなる。U相低圧側スイッチング素子32uがオンの状態になることで、高圧側中性点配線11とU相低圧側配線部材31uとを経由して電流が流れることとなる。電流値を取得した後、ステップS147に進む。
ステップS147では、取得した電流値が閾値未満であるか否かを判定する。閾値は、三相交流モータ50を適切に駆動している際に計測される電流値よりも小さな電流値に設定することができる。
仮に判定対象の高圧側スイッチング素子がオープン故障している場合、判定対象のスイッチング素子がオンされず、U相低圧側配線部材31uが通電不可能な状態が維持される。このため、電源4からグランドに向かって電流が流れることができず、閾値を超える電流が計測されない。
電流値が閾値未満である場合には、判定対象の低圧側スイッチング素子をオンにできていないと判断して、ステップS148に進む。一方、電流値が閾値以上である場合には、判定対象の低圧側スイッチング素子をオンにできていると判断して、ステップS149に進む。
ステップS148では、判定対象の低圧側スイッチング素子がオープン故障していることを記憶する。判定対象がU相低圧側スイッチング素子32uであれば、U相低圧側スイッチング素子32uがオープン故障していると記憶することとなる。判定対象の低圧側スイッチング素子がオープン故障していることを記憶した後、ステップS149に進む。
ステップS149では、故障判定が全相について完了しているか否かを判定する。故障判定が全相について完了していれば、低圧側スイッチ32のオープン故障判定を終了する。一方、故障判定が全相について完了していなければ、ステップS144に戻って異なる相を判定対象として、オープン故障判定を繰り返す。ここで、ショート故障中と判定されている相は、全相に含まれない。仮に故障判定がU相低圧側スイッチング素子32uのみについて完了し、V相低圧側スイッチング素子32vがショート故障中の状態では、W相低圧側スイッチング素子32wを判定対象として、再びオープン故障判定を行うこととなる。低圧側スイッチ32のオープン故障判定を行った後、ステップS151に進む。
図6のステップS151では、各スイッチング素子が正常であるか否かを判定する。スイッチング素子について、オープン故障もショート故障もしていない場合には正常であると判断する。一方、スイッチング素子について、オープン故障中あるいはショート故障中である場合には正常でないと判断する。すべてのスイッチング素子が正常である場合には、ステップS171に進む。一方、1つでも正常でないスイッチング素子が存在する場合には、ステップS152に進む。
ステップS152では、スイッチング素子の故障状態について判定する。スイッチング素子の故障が、高圧側スイッチ22におけるオープン故障のみである場合には、ステップS161に進む。スイッチング素子の故障が、高圧側スイッチ22における一相分のショート故障のみである場合には、ステップS162に進む。スイッチング素子の故障が、低圧側スイッチ32におけるオープン故障のみである場合には、ステップS163に進む。スイッチング素子の故障が、低圧側スイッチ32における一相分のショート故障のみである場合には、ステップS164に進む。スイッチング素子の故障が、上述の故障以外である場合すなわち、その他の故障である場合には、ステップS165に進む。
仮にU相高圧側スイッチング素子22uがショート故障しており、それ以外のスイッチング素子が正常である場合、ステップS162に進むこととなる。仮にU相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとがオープン故障している場合には、ステップS161に進むこととなる。仮にU相高圧側スイッチング素子22uがショート故障しており、V相高圧側スイッチング素子22vがオープン故障している場合には、ステップS165に進むこととなる。
ステップS161では、低圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。言い換えると、高圧側スイッチ22が常にオフ状態となる駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。低圧側三相駆動モードを維持した状態で、モータシステム5の駆動制御を終了する。
ステップS162では、低圧側二相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。低圧側二相駆動モードの詳細について、V相を用いない場合を例に以下に説明する。低圧側二相駆動モードでは、高圧側リレー12がオン、かつ、低圧側リレー42がオフの状態を維持して、図11に示すように高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを切り替えて、三相交流モータ50を回転駆動する。
三相交流モータ50の駆動を開始するタイミングであるT0では、U相低圧側スイッチング素子32uをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。この状態は、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
次のタイミングであるT1では、U相低圧側スイッチング素子32uをオンからオフに切り替えるとともに、W相低圧側スイッチング素子32wをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のW相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT2では、スイッチング素子の切り替えを行わず、T1の完了後の状態を維持している。次のタイミングであるT3では、U相低圧側スイッチング素子32uをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT4では、W相低圧側スイッチング素子32wをオンからオフに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT5では、スイッチング素子の切り替えを行わず、T4の完了後の状態を維持している。
低圧側二相駆動モードにおいて、T5の完了後における各スイッチのオンオフと、T0の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、T5の完了後は、T1のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで低圧側二相駆動モードによる三相交流モータ50の回転駆動を維持できる。言い換えると、低圧側二相駆動モードで三相交流モータ50の回転駆動を維持する間は、T1からT5までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。低圧側二相駆動モードを維持した状態で、モータシステム5の駆動制御を終了する。
図6のステップS163では、高圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。高圧側三相駆動モードは、低圧側スイッチ32が常にオフ状態となる駆動モードである。高圧側三相駆動モードの詳細について、以下に説明する。高圧側三相駆動モードでは、高圧側リレー12がオフ、かつ、低圧側リレー42がオンの状態を維持して、図12に示すように高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを切り替えて、三相交流モータ50を回転駆動する。
三相交流モータ50の駆動を開始するタイミングであるT0では、U相高圧側スイッチング素子22uをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。
図13は、高圧側三相駆動モードにおけるT0の完了後の電流の流れを示している。高圧側三相駆動モードでは、高圧側リレー12とV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとがオフであり、U相高圧側スイッチング素子22uがオンである。言い換えると、高圧側三相駆動モードにおけるT0の完了後の状態である。電源4から中性点51側に向かって、U相コイル部材55uを電流が流れることとなる。また、低圧側リレー42がオンであり、かつ、低圧側スイッチ32がオフである。このため、電流は、低圧側中性点配線41を流れている。まとめると、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
図12において、次のタイミングであるT1では、W相高圧側スイッチング素子22wをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相とW相とに二相通電している状態である。次のタイミングであるT2では、U相高圧側スイッチング素子22uをオンからオフに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のW相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT3では、V相高圧側スイッチング素子22vをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のV相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT4では、W相高圧側スイッチング素子22wをオンからオフに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のV相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT5では、U相高圧側スイッチング素子22uをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相とV相とに二相通電している状態である。次のタイミングであるT6では、V相高圧側スイッチング素子22vをオンからオフに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
高圧側三相駆動モードにおいて、T6の完了後における各スイッチのオンオフと、T0の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、T6の完了後は、T1のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで高圧側三相駆動モードでの三相交流モータ50の回転駆動を維持できる。言い換えると、高圧側三相駆動モードにおいて、三相交流モータ50の回転駆動を維持する間は、T1からT6までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。高圧側三相駆動モードを維持した状態で、モータシステム5の駆動制御を終了する。
図6のステップS164では、高圧側二相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。高圧側二相駆動モードの詳細について、V相を用いない場合を例に以下に説明する。高圧側二相駆動モードでは、高圧側リレー12がオフ、かつ、低圧側リレー42がオンの状態を維持して、図14に示すように高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを切り替えて、三相交流モータ50を回転駆動する。
三相交流モータ50の駆動を開始するタイミングであるT0では、U相高圧側スイッチング素子22uをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。この状態は、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
次のタイミングであるT1では、U相高圧側スイッチング素子22uをオンからオフに切り替えるとともに、W相高圧側スイッチング素子22wをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のW相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT2では、スイッチング素子の切り替えを行わず、T1の完了した後の状態を維持している。次のタイミングであるT3では、U相高圧側スイッチング素子22uをオフからオンに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT4では、W相高圧側スイッチング素子22wをオンからオフに切り替える。この状態は、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。次のタイミングであるT5では、スイッチング素子の切り替えを行わず、T4の完了後の状態を維持している。
高圧側二相駆動モードにおいて、T5の完了後における各スイッチのオンオフと、T0の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、T5の完了後は、T1のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで高圧側二相駆動モードによる三相交流モータ50の回転駆動を維持できる。言い換えると、高圧側二相駆動モードによる三相交流モータ50の回転駆動を維持する間は、T1からT5までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。高圧側二相駆動モードを維持した状態で、モータシステム5の駆動制御を終了する。
図6のステップS165では、三相交流モータ50の駆動を停止する。これにより、三相交流モータ50を駆動するために、電流が流れ続けることを防止できる。三相交流モータ50の駆動を停止するとともに、三相交流モータ50に異常が発生しており、駆動できない状態であることを報知することが好ましい。三相交流モータ50の駆動を停止した状態を維持してモータシステム5の駆動制御を終了する。
ステップS171では、通常駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。通常駆動モードとしては、低圧側三相駆動モードを採用できる。また、通常駆動モードとしては、高圧側三相駆動モードを採用できる。ただし、通常駆動モードとしては、低圧側三相駆動モードと高圧側三相駆動モードとに限られず、様々な駆動モードを採用可能である。
通常駆動モードとして、低圧側三相駆動モードと高圧側三相駆動モードとを交互に実行してもよい。より詳細には、車両のキースイッチ35がオフからオンに切り替わるたびに、低圧側三相駆動モードと高圧側三相駆動モードとを交互に繰り返し実行する。これによると、全てのスイッチング素子が正常な場合に、低圧側三相駆動モードのみを実行する場合に比べて、低圧側スイッチ32を使用する回数を削減できる。言い換えると、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32との2つのスイッチをバランスよく使用できる。このため、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とが製品寿命を迎えるまでの期間を長く確保しやすい。通常駆動モードを維持した状態で、モータシステム5の駆動制御を終了する。
上述した実施形態によると、制御部90は、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とにおける故障の有無を判定する故障判定を実行可能である。さらに、制御部90は、故障判定の結果に基づいて、高圧側リレー12と低圧側リレー42と高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを制御する。このため、故障判定の結果に応じて使用するスイッチやリレーを適切に切り替えることで、三相交流モータ50を駆動可能な状態を長く維持できる。したがって、冗長性の高いシフトバイワイヤシステム1を提供できる。
制御部90は、高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とにおけるショート故障またはオープン故障の有無を判定する。このため、ショート故障が引き起こされている場合の駆動制御と、オープン故障が引き起こされている場合の駆動制御とを使い分けることができる。したがって、ショート故障とオープン故障とを区別せずに三相交流モータ50の駆動制御を行う場合に比べて、適切な駆動モードを選択しやすい。また、高圧側スイッチ22が故障している場合の駆動制御と、低圧側スイッチ32が故障している場合の駆動制御とを使い分けることができる。したがって、高圧側スイッチ22の故障と低圧側スイッチ32の故障とを区別せずに三相交流モータ50の駆動制御を行う場合に比べて、適切な駆動モードを選択しやすい。以上により、故障が発生した場合であっても、三相交流モータ50の駆動可能な状態を維持して、シフトバイワイヤシステム1を作動させやすい。
制御部90は、発生している故障が低圧側スイッチ32における一相分のショート故障のみであると判定した場合に、高圧側二相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。さらに、制御部90は、発生している故障が高圧側スイッチ22における一相分のショート故障のみであると判定した場合に、低圧側二相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。このため、ショート故障している相を用いることなく、三相交流モータ50を駆動することができる。したがって、スイッチング素子が1つでもショート故障していると判定した場合に、三相交流モータ50の駆動を停止する場合に比べて、シフトバイワイヤシステム1を駆動可能な時間を長く確保できる。
制御部90は、発生している故障が低圧側スイッチ32におけるオープン故障のみであると判定した場合に、高圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。さらに、制御部90は、発生している故障が高圧側スイッチ22におけるオープン故障のみであると判定した場合に、低圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動する。このため、オープン故障しているスイッチング素子を用いることなく、三相交流モータ50を適切に駆動することができる。したがって、スイッチング素子が1つでもオープン故障していると判定した場合に、三相交流モータ50の駆動を停止する場合に比べて、シフトバイワイヤシステム1を駆動可能な時間を長く確保できる。
制御部90は、ショート故障の有無を判定した後に、オープン故障の有無を判定する。このため、過大な電流が流れる可能性のあるショート故障の有無をオープン故障よりも早く判定して発見することができる。したがって、ショート故障しているスイッチング素子を流れる電流によって、正常なスイッチング素子や配線や電気部品などに故障が発生することを抑制しやすい。
制御部90は、オープン故障の有無を判定する場合に、ショート故障していると判定されている相と同相の高圧側スイッチング素子または低圧側スイッチング素子のオープン故障を判定しない。言い換えると、制御部90は、オープン故障の判定を行う際にショート故障しているスイッチング素子と同相のスイッチング素子を判定対象から除外する。このため、オープン故障の判定を行う際に、電源4がグランドに短絡して大電流が流れるといった事態を抑制しやすい。したがって、オープン故障判定時にショート故障しているスイッチング素子を流れる電流によって、正常なスイッチング素子などに故障が発生することを抑制しやすい。
制御部90は、車両の駆動状態を切り替えるキースイッチ35によって車両が駆動可能な状態に切り替えられてからシフトレンジを切り替えるまでの間に、故障判定を実行する。このため、実際にシフトレンジを切り替える直前に故障判定を実行し、最新の故障判定結果に基づいて三相交流モータ50の駆動を制御できる。したがって、故障箇所を適切に修理した場合に、修理前の故障判定結果に基づいて駆動モードを選択した結果、走行を開始できないといった事態を抑制できる。また、キースイッチ35がオフの間に故障が発生した場合であっても、走行を開始する前に故障を発見することができる。特に、高圧側スイッチ22や低圧側スイッチ32がショート故障している場合、三相交流モータ50を通常駆動モードなどで駆動してしまうと、短絡などで生じた電流によって正常なスイッチング素子などに大きな熱負荷が加えられる場合がある。よって、三相交流モータ50を通常駆動する前に高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32の故障の有無を判定することは非常に重要である。
制御部90は、高圧側スイッチ22のオープン故障、高圧側スイッチ22の一相分のショート故障、低圧側スイッチ32のオープン故障、低圧側スイッチ32の一相分のショート故障以外の故障であると判定した場合にその他の故障であると判定する。さらに、制御部90は、その他の故障が発生している判定した場合には、三相交流モータ50を強制的に停止させる。このため、故障しているスイッチング素子の影響で正常なスイッチング素子を故障させてしまうことを防止しやすい。
三相交流モータ50は、スイッチトリラクタンスモータである。このため、永久磁石を用いることなく駆動可能な構成であり、磁石の割れや磁力の低下などによってモータとしての性能が低下することがない。したがって、モータとしての所定の性能を安定して発揮しやすい。
故障検知において、信号出力部91は、各スイッチング素子に対してオフからオンに切り替えるパルス信号を出力している。このため、高圧側スイッチ22や低圧側スイッチ32がショート故障している場合であっても、ショート故障判定の際に短絡する時間を短くすることができる。したがって、高圧側スイッチ22や低圧側スイッチ32に加えられる熱負荷の量を低減しやすい。
高圧側スイッチ22のショート故障判定において、高圧側スイッチ22のすべてのスイッチング素子がショート故障していると判定された場合に、高圧側リレー12がショート故障している可能性があると判定してもよい。これは、U相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとが同時にショート故障する可能性が低いためである。高圧側リレー12のショート故障時には、高圧側スイッチ22の三相分のショート故障時と同様、その他の故障と判定して、三相交流モータ50を停止する。
低圧側スイッチ32のショート故障判定において、低圧側スイッチ32のすべてのスイッチング素子がショート故障していると判定された場合に、低圧側リレー42がショート故障している可能性があると判定してもよい。これは、U相低圧側スイッチング素子32uとV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとが同時にショート故障する可能性が低いためである。低圧側リレー42のショート故障時には、低圧側スイッチ32の三相分のショート故障時と同様、その他の故障と判定して、三相交流モータ50を停止する。
高圧側スイッチ22のオープン故障判定において、高圧側スイッチ22のすべてのスイッチング素子がオープン故障していると判定された場合に、低圧側リレー42がオープン故障している可能性があると判定してもよい。これは、U相高圧側スイッチング素子22uとV相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとが同時にオープン故障する可能性が低いためである。低圧側リレー42のオープン故障時には、高圧側スイッチ22のオープン故障時と同様、低圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動可能である。
低圧側スイッチ32のオープン故障判定において、低圧側スイッチ32のすべてのスイッチング素子がオープン故障していると判定された場合に、高圧側リレー12がオープン故障している可能性があると判定してもよい。これは、U相低圧側スイッチング素子32uとV相低圧側スイッチング素子32vとW相低圧側スイッチング素子32wとが同時にオープン故障する可能性が低いためである。高圧側リレー12のオープン故障時には、低圧側スイッチ32のオープン故障時と同様、高圧側三相駆動モードで三相交流モータ50を駆動可能である。
第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、通常駆動モードにおいて、三相交流モータ50で発生する逆起電力を電源4に還流させる制御を含む還流駆動モードを実行する。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、通常駆動モードにおいて、三相交流モータ50で発生する逆起電力を電源4に還流させる制御を含む還流駆動モードを実行する。
モータシステム5において、三相交流モータ50を駆動した場合、高圧側スイッチ22や低圧側スイッチ32のオンからオフへの切り替え時にコイル部材に逆起電力が生じることになる。例えば、U相低圧側スイッチング素子32uをオンしている間は、U相コイル部材55uにおいて、中性点51からU相低圧側スイッチング素子32uに向かう電流が流れる。ここで、U相低圧側スイッチング素子32uをオフに切り替えると、U相低圧側スイッチング素子32uを電流が流れることができなくなる。それと同時に、U相コイル部材55uにおいては、現在の電流を維持しようと逆起電力が発生する。ここで、U相高圧側スイッチング素子22uがオフの状態であると、U相コイル部材55uで発生した逆起電力はどこにも流れることができず、U相低圧側スイッチング素子32uで熱としてエネルギーが消費されることとなる。言い換えると、U相低圧側スイッチング素子32uに対して大きな熱負荷が加えられてしまう。
半導体のスイッチング素子には、許容熱容量が設定されており、許容熱容量の範囲内で使用する必要がある。このため、大きな熱負荷が加えられるスイッチング素子には、許容熱容量の高い比較的高価なスイッチング素子を採用するなど、熱負荷への対策が求められる。
還流駆動モードにおける高圧側スイッチ22を用いた逆起電力への対策について、以下に説明する。高圧側リレー12がオン、低圧側リレー42がオフの状態を維持して、図15に示すように高圧側スイッチ22と低圧側スイッチ32とを切り替える。これにより、還流駆動モードで三相交流モータ50を回転駆動することができる。
三相交流モータ50の駆動を開始するタイミングであるT0では、V相高圧側スイッチング素子22vとW相高圧側スイッチング素子22wとU相低圧側スイッチング素子32uとをオフからオンに切り替える。また、残りのスイッチング素子については、オフの状態を維持する。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
次のタイミングであるT1では、W相低圧側スイッチング素子32wをオフからオンに切り替える。それと同時にW相高圧側スイッチング素子22wをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uとW相コイル部材55wとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT2では、U相低圧側スイッチング素子32uをオンからオフに切り替える。それと同時にU相高圧側スイッチング素子22uをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、W相コイル部材55wを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のW相に一相通電している状態である。
さらに、U相コイル部材55uでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、U相高圧側スイッチング素子22uを通過して電源4側に戻る。電源4が充電可能なバッテリであれば、逆起電力が電源4に充電される。一方、電源4が充電不可能であれば、逆起電力が電源4において熱として処理されることとなる。まとめると、発生した逆起電力は、電源4において電気エネルギーまたは熱エネルギーとして処理されることとなる。
逆起電力によってU相高圧側スイッチング素子22uに電流が流れている。しかし、オン状態のU相高圧側スイッチング素子22uの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、U相高圧側スイッチング素子22uではなく、電源4で処理されることとなる。これにより、U相コイル部材55uで発生した逆起電力を電源4に戻すことによって処理することができる。
次のタイミングであるT3では、V相低圧側スイッチング素子32vをオフからオンに切り替える。それと同時にV相高圧側スイッチング素子22vをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、V相コイル部材55vとW相コイル部材55wとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のV相とW相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT4では、W相低圧側スイッチング素子32wをオンからオフに切り替える。それと同時にW相高圧側スイッチング素子22wをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、V相コイル部材55vを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のV相に一相通電している状態である。
さらに、W相コイル部材55wでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、W相高圧側スイッチング素子22wを通過して電源4側に戻り、電源4で処理される。ここで、オン状態のW相高圧側スイッチング素子22wの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、W相高圧側スイッチング素子22wではなく、電源4で処理されることとなる。これにより、W相コイル部材55wで発生した逆起電力を電源4に戻すことによって処理することができる。
次のタイミングであるT5では、U相低圧側スイッチング素子32uをオフからオンに切り替える。それと同時にU相高圧側スイッチング素子22uをオンからオフに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uとV相コイル部材55vとを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相とV相とに二相通電している状態である。
次のタイミングであるT6では、V相低圧側スイッチング素子32vをオンからオフに切り替える。それと同時にV相高圧側スイッチング素子22vをオフからオンに切り替える。この状態では、中性点51側からグランドに向かって、U相コイル部材55uを電流が流れることとなる。言い換えると、三相交流モータ50のU相に一相通電している状態である。
さらに、V相コイル部材55vでは、逆起電力が発生している。この逆起電力は、V相高圧側スイッチング素子22vを通過して電源4側に戻り、電源4で処理される。ここで、オン状態のV相高圧側スイッチング素子22vの電気抵抗は、非常に小さい。このため、逆起電力に起因して流れる電流の大部分は、V相高圧側スイッチング素子22vではなく、電源4で処理されることとなる。これにより、V相コイル部材55vで発生した逆起電力を電源4に戻すことによって処理することができる。
このように、低圧側スイッチ32のオンオフを切り替えるタイミングで、同相の高圧側スイッチ22を低圧側スイッチ32とはオンオフが逆になるように制御している。例えば、U相高圧側スイッチング素子22uとU相低圧側スイッチング素子32uとは、T0からT6までのすべてのタイミングにおいて、一方がオンであれば他方がオフとなっている。言い換えると、U相高圧側スイッチング素子22uとU相低圧側スイッチング素子32uとが同時にオンになるタイミングが存在しない。また、U相高圧側スイッチング素子22uとU相低圧側スイッチング素子32uとが同時にオフになるタイミングが存在しない。ただし、逆起電力の処理が完了していれば、高圧側スイッチ22をオフにしてもよい。したがって、U相高圧側スイッチング素子22uとU相低圧側スイッチング素子32uとが同時にオフになるタイミングが存在するように制御してもよい。
還流駆動モードにおいて、T6の完了後における各スイッチのオンオフと、T0の完了後における各スイッチのオンオフとは、同じ状態である。このため、T6の完了後はT1のように各スイッチング素子のオンオフを切り替えることで還流駆動モードによる三相交流モータ50の回転駆動を維持することができる。言い換えると、還流駆動モードで三相交流モータ50の回転駆動を維持する間は、T1からT6までの一連のサイクルを繰り返すこととなる。
上述した実施形態によると、制御部90は、低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた低圧側スイッチング素子と同相の高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替える。このため、コイル部材で発生した逆起電力をオンに切り替えられた高圧側スイッチング素子を流れる電流として電源4側に戻すことができる。したがって、逆起電力の影響で低圧側スイッチ32に大きな熱負荷が加えられてしまうことを抑制できる。よって、三相交流モータ50で発生した逆起電力を安定して処理可能なモータシステム5を用いたシフトバイワイヤシステム1を提供できる。
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置およびその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置およびその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと1つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された1つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
1 シフトバイワイヤシステム、 4 電源、 5 モータシステム、 11 高圧側中性点配線、 12 高圧側リレー、 21 高圧側配線、 21u U相高圧側配線部材(高圧側配線部材)、 21v V相高圧側配線部材(高圧側配線部材)、 21w W相高圧側配線部材(高圧側配線部材)、 22 高圧側スイッチ、 22u U相高圧側スイッチング素子(高圧側スイッチング素子)、 22v V相高圧側スイッチング素子(高圧側スイッチング素子)、 22w W相高圧側スイッチング素子(高圧側スイッチング素子)、 31 低圧側配線、 31u U相低圧側配線部材(低圧側配線部材)、 31v V相低圧側配線部材(低圧側配線部材)、 31w W相低圧側配線部材(低圧側配線部材)、 32 低圧側スイッチ、 32u U相低圧側スイッチング素子(低圧側スイッチング素子)、 32v V相低圧側スイッチング素子(低圧側スイッチング素子)、 32w W相低圧側スイッチング素子(低圧側スイッチング素子)、 35 キースイッチ、 41 低圧側中性点配線、 42 低圧側リレー、 50三相交流モータ、 51 中性点、 55u U相コイル部材(コイル部材)、 55v V相コイル部材(コイル部材)、 55w W相コイル部材(コイル部材)、 90 制御部
Claims (8)
- 車両のシフトレンジを電気的な制御を用いて切り替えるシフトバイワイヤシステムであって、
三相分のコイル部材(55u、55v、55w)がスター結線された三相交流モータ(50)と、
電源(4)と前記三相交流モータの中性点(51)とを接続している高圧側中性点配線(11)と、
前記高圧側中性点配線に設けられている高圧側リレー(12)と、
グランドと前記中性点とを接続している低圧側中性点配線(41)と、
前記低圧側中性点配線に設けられている低圧側リレー(42)と、
前記電源と前記三相交流モータの前記中性点とは反対側とを接続し、前記三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側配線部材(21u、21v、21w)を有する高圧側配線(21)と、
前記高圧側配線に設けられ、前記三相交流モータの各相に対応した複数の高圧側スイッチング素子(22u、22v、22w)を有する高圧側スイッチ(22)と、
前記三相交流モータの前記中性点とは反対側とグランドとを接続し、前記三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側配線部材(31u、31v、31w)を有する低圧側配線(31)と、
前記低圧側配線に設けられ、前記三相交流モータの各相に対応した複数の低圧側スイッチング素子(32u、32v、32w)を有する低圧側スイッチ(32)と、
前記高圧側リレーと前記低圧側リレーと前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとの制御を行う制御部(90)とを備え、
前記制御部は、前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとにおける故障の有無を判定する故障判定を実行可能であって、前記故障判定の結果に基づいて、前記高圧側リレーと前記低圧側リレーと前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとを制御するシフトバイワイヤシステム。 - 前記制御部は、前記高圧側スイッチと前記低圧側スイッチとにおけるショート故障またはオープン故障の有無を判定する請求項1に記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、発生している故障が前記低圧側スイッチにおける一相分のショート故障のみであると判定した場合に、高圧側二相駆動モードで前記三相交流モータを駆動し、発生している故障が前記高圧側スイッチにおける一相分のショート故障のみであると判定した場合に、低圧側二相駆動モードで前記三相交流モータを駆動する請求項2に記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、発生している故障が前記低圧側スイッチにおけるオープン故障のみであると判定した場合に、高圧側三相駆動モードで前記三相交流モータを駆動し、発生している故障が前記高圧側スイッチにおけるオープン故障のみであると判定した場合に、低圧側三相駆動モードで前記三相交流モータを駆動する請求項2または請求項3に記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、ショート故障の有無を判定した後に、オープン故障の有無を判定する請求項2から請求項4のいずれかに記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、オープン故障の有無を判定する場合に、ショート故障していると判定されている相と同相の前記高圧側スイッチング素子または前記低圧側スイッチング素子のオープン故障を判定しない請求項5に記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、前記低圧側スイッチング素子をオンからオフに切り替えた際に、オンからオフに切り替えた前記低圧側スイッチング素子と同相の前記高圧側スイッチング素子をオフからオンに切り替える請求項1から請求項6のいずれかに記載のシフトバイワイヤシステム。
- 前記制御部は、前記車両の駆動状態を切り替えるキースイッチ(35)によって前記車両が駆動可能な状態に切り替えられてから前記シフトレンジを切り替えるまでの間に、前記故障判定を実行する請求項1から請求項7のいずれかに記載のシフトバイワイヤシステム。
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JP2020039334A JP2021139474A (ja) | 2020-03-06 | 2020-03-06 | シフトバイワイヤシステム |
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JP2020039334A Pending JP2021139474A (ja) | 2020-03-06 | 2020-03-06 | シフトバイワイヤシステム |
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- 2020-03-06 JP JP2020039334A patent/JP2021139474A/ja active Pending
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