JP2022065377A - 駆動システム、および駆動システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より効率的な放電制御を実現すること。【解決手段】実施形態の駆動システムは、車軸ＶＳに連結された第１の回転電機と、内燃機関ＥＮに連結された第２の回転電機と、電源１０と第１の回転電機との間で電力を変換する第１の電力変換回路と、電源と第２の回転電機との間で電力を変換する第２の電力変換回路と、第１の電力変換回路または第２の電力変換回路からの電荷を蓄積するコンデンサと、第１の電力変換回路および第２の電力変換回路を制御する制御部１５０とを備え、前記制御部は、異常時における放電開始条件を満たす場合に、前記コンデンサの電荷の放電を行う前に、前記第１の回転電機が回転しているときには、前記回転抑制制御は、前記第１の回転電機の回転によって発電させることで前記第１の回転電機の回転を抑制させると共に、前記第１の回転電機で発電された電力によって前記第２の回転電機を回転させて前記発電された電力を放電させる。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動システム、および駆動システムの制御方法に関する。

従来では、エンジンおよびモータジェネレータの少なくとも一方を駆動源として駆動するハイブリッド型の車両が存在する。このような車両では、車両衝突時等の異常時にコンデンサに蓄積された電荷を放電させる制御が必要であり、そのための技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１３／０１４７６８号

しかしながら、車両の電源から電力が供給される補機は、増加する傾向にあるため、それに伴ってコンデンサ容量が増加したり、発電させるためにモータの回転数が増加する傾向にある。そのため、従来の手法では、異常時において効率的な放電制御ができない場合あった。

本発明の一態様は、このような事情を考慮してなされたものであり、異常時において、より効率的な放電制御を実現することができる駆動システム、および駆動システムの制御方法を提供することを目的の一つとする。

この発明の一態様に係る駆動システム、および駆動システムの制御方法は、以下の構成を採用した。

（１）：この発明の一態様に係る駆動システムは、車軸に連結された第１の回転電機と、内燃機関に連結された第２の回転電機と、電源と前記第１の回転電機との間で、電力を変換する第１の電力変換回路と、前記電源と前記第２の回転電機との間で、電力を変換する第２の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路または前記第２の電力変換回路からの電荷を蓄積するコンデンサと、前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、異常時における放電開始条件を満たす場合に、前記コンデンサの電荷の放電を行う前に、前記第１の回転電機が回転しているときには、前記第１の回転電機の回転を抑制させる回転抑制制御を行い、前記回転抑制制御は、前記第１の回転電機の回転によって発電させることで前記第１の回転電機の回転を抑制させると共に、前記第１の回転電機で発電された電力によって前記第２の回転電機を回転させて前記発電された電力を放電させる、駆動システムである。

（２）：上記（１）の態様において、前記制御部は、前記第１の回転電機の回転が停止した後、前記第２の回転電機が前記内燃機関を駆動させて前記コンデンサの電荷を放電させるものである。

（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記第２の回転電機の状態を取得する状態取得部を更に備え、前記制御部は、前記状態取得部により取得された前記第２の回転電機の状態が短絡状態でない場合に、前記回転抑制制御を実行するものである。

（４）：上記（３）の態様において、前記制御部は、前記状態取得部により取得された前記第２の回転電機の状態が短絡状態である場合に、前記第１の電力変換回路に含まれるスイッチング素子を用いた第１の短絡時放電制御、前記電源から供給される電圧を昇圧して前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路に供給する電圧変換回路を用いた第２の短絡時放電制御、および前記第１の回転電機を用いた第３の短絡時放電制御のうち、少なくとも一つを用いて、前記第１の回転電機により発電された電力および前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させるものである。

（５）：この発明の他の態様の駆動システムの制御方法は、車軸に連結された第１の回転電機と、内燃機関に連結された第２の回転電機と、電源と前記第１の回転電機との間で、電力を変換する第１の電力変換回路と、前記電源と前記第２の回転電機との間で、電力を変換する第２の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路または前記第２の電力変換回路からの電荷を蓄積するコンデンサと、前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路を制御する制御部と、を備える駆動システムが、異常時における放電開始条件を満たす場合に、前記コンデンサの電荷の放電を行う前に、前記第１の回転電機が回転しているときには、前記第１の回転電機の回転を抑制させる回転抑制制御を行い、前記回転抑制制御は、前記第１の回転電機の回転によって発電させることで前記第１の回転電機の回転を抑制させると共に、前記第１の回転電機で発電された電力によって前記第２の回転電機を回転させて前記発電された電力を放電させる、駆動システムの制御方法である。

上記（１）～（５）の何れかの態様によれば、異常時において、より効率的な放電制御を実現することができる。

実施形態に係る駆動システムが適用された車両システム１の概略構成の一例を示す図である。 制御部１５０の構成の一例を示す図である。 車両状態における放電制御の様子を説明するための図である。 実施形態の車両システム１により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の駆動システム、および駆動システムの制御方法の実施形態について説明する。以下では、一例として駆動システムが車両システム１に適用された実施形態について説明する。車両システム１が搭載される車両は、例えば、二輪や三輪、四輪等の車両であり、その駆動源は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関、電動機、或いはこれらの組み合わせを含む。電動機は、内燃機関に連結された発電機による発電電力、或いは二次電池や燃料電池の放電電力を使用して動作する。

図１は、実施形態に係る駆動システムが適用された車両システム１の概略構成の一例を示す図である。車両システム１は、例えば、電源１０と、切替部２０と、第１コンデンサ３０と、電力供給部４０と、第２コンデンサ５０と、第１モータ６０と、第１センサ６４と、第２モータ７０と、第２センサ７４と、コンバータ８０と、インバータ１００と、制御部１５０とを備える。インバータ１００は、例えば、第１インバータ１１０と、第２インバータ１２０とを備える。第１モータ６０は、「第１の回転電機」の一例である。第２モータ７０は、「第２の回転電機」の一例である。コンバータ８０は、「電圧変換回路」の一例である。第１インバータ１１０は、「第１の電力変換回路」の一例である。第２インバータ１２０は、「第２の電力変換回路」の一例である。

電源１０は、例えば、直流電源であり、インバータ１００を介して第１モータ６０および第２モータ７０と電力の授受を行う。電源１０は、例えば、充放電可能なバッテリである。バッテリは、例えば、リチウムイオン電池等のように充電と放電とを繰り返すことができる二次電池である。二次電池には、例えば、鉛蓄電池、ニッケル・水素電池、ナトリウムイオン電池等の他、電気二重層キャパシタ等のキャパシタ、または二次電池とキャパシタとを組み合わせた複合電池等が含まれる。また、バッテリは、例えば、バッテリケースと、バッテリケース内に収容される複数のバッテリモジュールとを備えていてもよい。この場合、バッテリモジュールは、直列に接続される複数のバッテリセルを備える。電源１０は、正極端子ＰＢと負極端子ＮＢとを備えている。正極端子ＰＢおよび負極端子ＮＢは、バッテリケース内において直列に接続される複数のバッテリモジュールの正極端および負極端に接続されている。

切替部２０は、例えば、リレースイッチである。切替部２０は、制御部１５０による制御によりスイッチをオン状態にすることで、電源１０と第１コンデンサ３０側（コンバータ８０、第２コンデンサ５０、インバータ１００、第１モータ６０、第２モータ７０を含む）とを導通させ、電源１０の電力を第１コンデンサ３０側に供給する。また、切替部２０は、制御部１５０による制御によりスイッチをオフ状態にすることで、電源１０と第１コンデンサ３０側とを遮断する。これにより、電源１０の電力が第１コンデンサ３０側に供給されなくなる。

第１コンデンサ３０は、電源１０とコンバータ８０との間に接続され、電源１０とコンバータ８０との間の電圧変動を平滑化する。また、第１コンデンサ３０は、電源１０から供給された電力を蓄積してもよい。

電力供給部４０は、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２と、ＡＣ電源部４４とを備える。電力供給部４０は、例えば、第１コンデンサ３０に蓄積された電荷（電力）を、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２やＡＣ電源部４４を介して外部に出力する。外部とは、例えば、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２やＡＣ電源部４４に接続された補機（例えば、電動エアコン、ロアドライブユニット、音響機器、ナビゲーション機器）や上記補機以外の外部装置であってもよい。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、第１コンデンサ３０に蓄積された直流電力を所定の電力値に変換して外部に供給する。ＡＣ電源部４４は、第１コンデンサ３０に蓄積された電荷を交流電力に変換して外部に供給する。

第２コンデンサ５０は、コンバータ８０と、インバータ１００との間に接続され、コンバータ８０とインバータ１００との間の電圧変動を平滑化する。また、第２コンデンサ５０は、インバータ１００を介して取得した第１モータ６０または第２モータ７０により発電された電力を蓄積する。

第１モータ６０は、第１インバータ１１０から出力される交流電圧が印加される。また、第２モータ７０は、第２インバータ１２０から出力される交流電圧が印加される。これにより、第１モータ６０および第２モータ７０は回転し、回転によって得られたエネルギー（駆動力）が車軸ＶＳや内燃機関ＥＮに供給される。また、第１モータ６０および第２モータ７０は、モータの回転により発電（回生）し、発電した電力を、インバータ１００を介して第２コンデンサ５０に供給する。

第１モータ６０および第２モータ７０のそれぞれは、例えば、３相交流のブラシレスＤＣモータである。３相は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相である。第１モータ６０および第２モータ７０のそれぞれは、例えばインナーロータ型である。例えば、第１モータ６０は、界磁用の永久磁石を有する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させるための３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応する巻線６２Ｕ、６２Ｖ、６２Ｗを有する固定子とを備えている。また、第２モータ７０も同様に、回転子と、巻線７２Ｕ、７２Ｖ、７２Ｗを有する固定子と備えている。

第１モータ６０は、例えば、車両の車軸ＶＳに駆動連結されている。第１モータ６０は、電源１０から供給される電力によって駆動し、車軸に回転駆動力（力行動作）を発生させる。また、第１モータ６０は、回転軸に入力される制動力によって発電（回生）電力を発生させる。第１センサ６４は、第１モータ６０の回転数を計測する。例えば、第１センサ６４は、第１モータ６０の出力軸または外ロータの回転角度（第１モータ６０のステータに対して固定された座標系での回転角度）である電気角を取得し、取得した電気角を微分することで、第１モータ６０の出力軸の回転速度（＝外ロータの回転速度）の検出値として電気角速度を取得し、取得した電気角速度により第１モータ６０の回転数を計測する。第１センサ６４は、所定周期で第１モータ６０の回転数を計測し、計測した回転数に関する情報を制御部１５０に出力する。

第２モータ７０は、例えば、車両の内燃機関ＥＮに駆動連結されている。第２モータ７０は、回転軸に入力される回転駆動力によって発電電力を発生させる。また、第２モータ７０には、内燃機関ＥＮの回転動力が伝達可能に構成されている。第２センサ７４は、第２モータ７０の回転数を計測する。例えば、第２センサ７４は、第２モータ７０の出力軸または外ロータの回転角度（第２モータ７０のステータに対して固定された座標系での回転角度）である電気角を取得し、取得した電気角を微分することで、第２モータ７０の出力軸の回転速度の検出値として、電気角速度を取得し、取得した電気角速度により第２モータ７０の回転数を計測する。第２センサ７４は、所定周期で第２モータ７０の回転数を計測し、計測した回転数に関する情報を制御部１５０に出力する。

コンバータ８０は、電源１０と、インバータ１００との間に設けられ、制御部１５０の制御によって、電源１０から供給される直流電圧をＤＣ－ＤＣ変換により昇圧する。図１の例において、コンバータ８０は、二相のＤＣ－ＤＣコンバータである。コンバータ８０は、リアクトルユニット８２と、第１電圧変換回路８４と、第２電圧変換回路８６とを備える。第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６は、制御部１５０の制御によって昇圧動作を行う。なお、実施形態において、電圧変換回路の相数についてはこれに限定されるものではなく他の相数であってもよい。

リアクトルユニット８２は、例えば、第１リアクトルＬ１と、第２リアクトルＬ２とを備える。第１リアクトルＬ１および第２リアクトルＬ２は、互いに並列に接続されている。第１リアクトルＬ１の一端は電源１０の正極端子ＰＢに接続され、他端は第１電圧変換回路８４のバスバーＢ１に接続されている。第２リアクトルＬ２の一端は電源１０の正極端子ＰＢに接続され、他端は第２電圧変換回路８６のバスバーＢ２に接続されている。第１リアクトルＬ１および第２リアクトルＬ２のそれぞれは、例えば、コイルと、コイルの温度を検出する温度センサとを備える。温度センサは、所定周期でコイルの温度を制御部１５０に出力してもよい。

第１電圧変換回路８４は、スイッチング素子として機能する一相分の上アーム素子Ｓ１と下アーム素子Ｓ２とを備える。上アーム素子Ｓ１の正極側の電極は、正極バスバーＰＶに接続されている。正極バスバーＰＶは、電源１０の正極側の電力線ＰＬＰに接続されている。上アーム素子Ｓ１の負極側の電極は、下アーム素子Ｓ２の正極側の電極に接続されている。下アーム素子Ｓ２の負極側の電極は、負極バスバーＮＶに接続されている。負極バスバーＮＶは、電源１０の負極側の電力線ＰＬＮに接続されている。

上アーム素子Ｓ１は、例えば、スイッチング素子としてのトランジスタと、トランジスタと並列に接続される整流素子としての還流ダイオードとを備える。下アーム素子Ｓ２は、例えば、スイッチング素子としてのトランジスタと、トランジスタと並列に接続される整流素子としての還流ダイオードとを備える。トランジスタは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。また、トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor）であってもよい。上アーム素子Ｓ１と下アーム素子Ｓ２との接続点を構成するバスバーＢ１は、第１リアクトルＬ１の一端に接続されている。

第２電圧変換回路８６は、第１電圧変換回路８４と同様に一相分の上アーム素子Ｓ１と下アーム素子Ｓ２とを備える。上アーム素子Ｓ１および下アーム素子Ｓ２の回路構成は、第１電圧変換回路８４の構成と同様であるため、ここでの具体的な説明は省略する。第２電圧変換回路８６において、上アーム素子Ｓ１と下アーム素子Ｓ２との接続点を構成するバスバーＢ２は、第２リアクトルＬ２の一端に接続されている。

第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６は、制御部１５０の制御によってそれぞれが一つの相として動作する。制御部１５０は、昇圧内容に基づいて一相のみを動作させてもよく、二相とも動作させてもよい。第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６のそれぞれは、例えば、昇圧時において、下アーム素子Ｓ２のスイッチング素子（トランジスタ）がオン（導通）状態且つ上アーム素子Ｓ１のスイッチング素子（トランジスタ）がオフ（遮断）状態に設定される第１状態と、下アーム素子Ｓ２のスイッチング素子がオフ（遮断）状態且つ上アーム素子Ｓ１のスイッチング素子がオン（導通）状態に設定される第２状態とを交互に切り替える。第１状態では、順次、電源１０の正極端子ＰＢ、リアクトル（動作中の電圧変換回路に接続されたリアクトル）、下アーム素子Ｓ２、電源１０の負極端子ＮＢへと電流が流れ、動作するリアクトルが直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第２状態では、リアクトルに流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトルの両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトルに蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧はバッテリ電圧に重畳されて、電源１０の端子間電圧よりも高い昇圧電圧が第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６の正極バスバーＰＶと負極バスバーＮＶとの間に印加される。

また、第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６のそれぞれは、回生時において、第２状態と、第１状態とを交互に切り替える。第２状態では、順次、動作中の変換回路の正極バスバーＰＶ、上アーム素子Ｓ１、リアクトル、電源１０の正極端子ＰＢへと電流が流れ、リアクトルが直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。第１状態では、リアクトルに流れる電流が遮断されることに起因する磁束の変化を妨げるようにしてリアクトルの両端間に起電圧（誘導電圧）が発生する。リアクトルに蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧は降圧されて、第１電圧変換回路８４および第２電圧変換回路８６の正極バスバーＰＶおよび負極バスバーＮＶ間の電圧よりも低い降圧電圧が正極端子ＰＶと負極端子ＮＶとの間に印加される。

第１インバータ１１０および第２インバータ１２０は、例えば、複数のスイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタ）をブリッジ接続して構成されるブリッジ回路を備えたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータである。各スイッチング素子（トランジスタ）には、整流素子としてのダイオードが並列に接続され、スイッチング素子とダイオードとでアーム素子が形成される。第１インバータ１１０は、電源１０（より具体的にはコンバータ８０）と第１モータ６０との間で、電力を変換する。第２インバータ１２０は、電源１０（より具体的にはコンバータ８０）と第２モータ７０との間で、電力を変換する。第１インバータ１１０および第２インバータ１２０のそれぞれは、例えば、直流電力と交流電力とを変換する機能を備える。第１インバータ１１０は、その直流入出力側において電源１０の正極側の電力線ＰＬＰおよび負極側の電力線ＰＬＮに接続され、交流入出力側において第１モータ６０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線６２Ｕ、６２Ｖ、６２Ｗに接続される。第２インバータ１２０は、その直流入出力側において電源１０の正極側の電力線ＰＬＰおよび負極側の電力線ＰＬＮに接続され、交流入出力側において第２モータ７０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻線７２Ｕ、７２Ｖ、７２Ｗに接続される。

第１インバータ１１０は、第１モータ６０において、Ｕ相に接続されたＵ相上アーム素子（ハイ側Ｕ相スイッチング素子）Ｓ３ＵおよびＵ相下アーム素子（ロー側Ｕ相スイッチング素子）Ｓ４Ｕと、Ｖ相に接続されたＶ相上アーム素子（ハイ側Ｖ相スイッチング素子）Ｓ３ＶおよびＶ相下アーム素子（ロー側Ｖ相スイッチング素子）Ｓ４Ｖと、Ｗ相に接続されたＷ相上アーム素子（ハイ側Ｗ相スイッチング素子）Ｓ３ＷおよびＷ相下アーム素子（ロー側Ｗ相スイッチング素子）Ｓ４Ｗとを、相ごとにブリッジ接続して構成される。Ｕ相上アーム素子Ｓ３Ｕ、Ｖ相上アーム素子Ｓ３Ｖ、およびＷ相上アーム素子Ｓ３Ｗの一端（直流入出力側）は、電力線ＰＬＰと接続され、Ｕ相下アーム素子Ｓ４Ｕ、Ｖ相上アーム素子Ｓ４Ｖ、およびＷ相上アーム素子Ｓ４Ｗの一端（直流入出力側）は、電力線ＰＬＮと接続される。

第１インバータ１１０は、制御部１５０から所定のタイミングで生成される駆動信号に基づいて各相のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にすることにより、コンバータ８０から供給される直流電力を交流電力に変換して第１モータ６０に供給する。また、第１インバータ１１０は、出力する電力に対する電流値を検出し、検出した電流値（電流検出値）を制御部１５０に出力してもよい。また、第１インバータ１１０は、第１モータ６０から供給される交流電力を直流電力に変換してコンバータ８０や第２コンデンサ５０に供給したりする。

第２インバータ１２０は、第２モータ７０において、Ｕ相に接続されたＵ相上アーム素子Ｓ５ＵおよびＵ相下アーム素子Ｓ６Ｕと、Ｖ相に接続されたＶ相上アーム素子Ｓ５ＶおよびＶ相下アーム素子Ｓ６Ｖと、Ｗ相に接続されたＷ相上アーム素子Ｓ５ＷおよびＷ相下アーム素子Ｓ６Ｗとを、相ごとにブリッジ接続して構成される。Ｕ相上アーム素子Ｓ５Ｕ、Ｖ相上アーム素子Ｓ５Ｖ、およびＷ相上アーム素子Ｓ５Ｗの一端（直流入出力側）は、電力線ＰＬＰと接続され、Ｕ相下アーム素子Ｓ６Ｕ、Ｖ相上アーム素子Ｓ６Ｖ、およびＷ相上アーム素子Ｓ６Ｗの一端（直流入出力側）は、電力線ＰＬＮと接続される。

第２インバータ１２０は、制御部１５０から所定のタイミングで生成される駆動信号に基づいて上記各相のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態にすることにより、コンバータ８０から供給される直流電力を交流電力に変換して第２モータ７０に供給する。また、第２インバータ１２０は、出力する電力に対する電流値を検出し、検出した電流値（電流検出値）を制御部１５０に出力してもよい。また、第２インバータ１２０は、第２モータ７０から供給される交流電力を直流電力に変換してコンバータ８０に供給したりする。

制御部１５０は、車両システム１における各構成の動作を制御する。制御部１５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサによって所定のプログラムが実行されることにより機能するソフトウェア機能部である。ソフトウェア機能部は、ＣＰＵ等のプロセッサ、プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）およびタイマー等の電子回路を備えるＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部１５０の少なくとも一部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等の集積回路であってもよい。

例えば、制御部１５０は、車両に電力を供給する場合に、モータ（第１モータ６０、第２モータ７０）を所定のトルク値で回転させるための電流目標値を生成し、生成した電流目標値の電力がモータに供給されるように切替部２０やコンバータ８０、インバータ１００の動作を制御する。また、制御部１５０は、インバータ１００から出力される電力に対する電流検出値とモータに対するトルク指令値に応じた電流目標値とを用いてフィードバック制御等を実行し、コンバータ８０およびインバータ１００等に与える制御信号を生成する。また、制御部１５０は、インバータ１００から出力される電力に対する電流検出値とモータに対する回生指令値に応じた電流目標値とを用いてフィードバック制御等を実行し、コンバータ８０およびインバータ１００等に与える制御信号を生成する。制御信号には、例えば、コンバータ８０およびインバータ１００の上アーム素子および下アーム素子のそれぞれをオン（導通）／オフ（遮断）状態にするタイミングを示す信号等が含まれる。

また、制御部１５０は、車両の異常時における放電開始条件を満たす場合に、第２コンデンサ５０に蓄積された電荷を放電させるための制御を行う。「異常時における放電開始条件」には、例えば、車両が異常状態であることが含まれる。異常状態とは、例えば、車両が他車両等の障害物と接触することにより、またはその他の理由（例えば、故障）により、車両が走行できない状態になることである。車両が走行できない状態には、例えば、車両が横転している状態や部品が破損している（車軸が曲がっていたり、車輪が外れている）状態等が含まれる。

次に、制御部１５０の機能について具体的に説明する。図２は、制御部１５０の構成の一例を示す図である。制御部１５０は、例えば、コンバータ制御部１５２と、インバータ制御部１５４と、車両状態取得部１５６と、判定部１５８と、回転状態取得部１６０と、放電制御部１６２とを備える。車両状態取得部１５６は、「状態取得部」の一例である。

コンバータ制御部１５２は、コンバータ８０に含まれる上アーム素子Ｓ１および下アーム素子Ｓ２に含まれるスイッチング素子のスイッチング動作によって、それぞれの相の電圧変換回路を動作させる制御信号を生成し、生成した制御信号をコンバータ８０に出力する。これにより、コンバータ８０に入力される直流電圧を所定の電圧まで昇圧させる。

インバータ制御部１５４は、第１インバータ１１０および第２インバータ１２０のそれぞれに含まれる各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上アーム素子および下アーム素子のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する制御信号を生成し、生成した制御信号を第１インバータ１１０および第２インバータ１２０に出力する。これにより、第１インバータ１１０および第２インバータ１２０は、制御部１５０からの制御信号に従ってＤＣ－ＡＣ変換を行う。例えば、コンバータ制御部１５２およびインバータ制御部１５４は、第１モータ６０および第２モータ７０に所定のトルクで回転させるための電力をコンバータ８０およびインバータ１００に生成させるための制御を実行する。

車両状態取得部１５６は、車両システム１が搭載された車両の状態を取得する。例えば、車両状態取得部１５６は、車両に搭載された車両センサ１６４の検出結果を取得する。車両センサ１６４には、例えば、加速度センサや、接触検知センサ、物体検知センサ等が含まれる。

例えば、車両センサ１６４が加速度センサである場合、車両状態取得部１５６は、加速度センサの検出結果として車両の傾きや所定時間における速度変化に関する情報を車両状態として取得する。また、車両センサ１６４が接触検知センサである場合、車両状態取得部１５６は、接触検知センサの検出結果に基づいて、車両と障害物との接触の有無や接触度合に基づいて車両状態を取得する。また、車両センサ１６４が物体検知センサである場合、車両状態取得部１５６は、物体検知センサにより車輪が外れていることや車軸が曲がっていること等を取得してもよい。また、車両状態取得部１５６は、各センサから得られる検出結果の時系列データに基づいて車両の状態を取得してもよい。

また、車両状態取得部１５６は、車両に搭載された各種機器からの信号の内容（例えば、エラー信号）等、または周期的に通信される機器からの通信遮断等により車両の状態を取得してもよい。

なお、車両センサ１６４は、第１モータ６０および第２モータ７０が短絡状態（例えば、制御部１５０による制御が可能でない状態）であるか否かを判定するセンサが設けられていてもよい。この場合、車両状態取得部１５６は、上記センサから第１モータ６０および第２モータ７０が短絡状態であるか否かの情報を取得する。

判定部１５８は、車両状態取得部１５６により取得された車両状態に基づいて、車両が異常状態であるか、正常状態であるかを判定する。例えば、車両状態取得部１５６により車両の傾きや所定時間における速度変化に関する情報が取得された場合、判定部１５８は、車両の傾きが横転している場合の閾値を超える場合や、速度変化が障害物との接触による閾値を超える場合に、車両が異常状態（走行できない状態）である判定する。また、車両の傾きや速度変化が閾値以下である場合に、判定部１５８は、車両が正常状態（走行できる状態）であると判定する。

また、車両状態取得部１５６により車両と障害物との接触の有無や接触度合を取得した場合、判定部１５８は、接触度合が閾値を超える場合に、車両が異常状態であると判定し、障害物と接触していない場合や接触度合が閾値以下の場合に、車両が正常状態である判定する。車両状態取得部１５６により車輪が外れていることや車軸が曲がっていること等が取得された場合、判定部１５８は、車両が異常状態であると判定する。

また、車両状態取得部１５６により、所定の車両センサ１６４からエラー信号を取得したり、機器からの通信遮断があった場合に、車両が異常状態であると判定してもよい。また、判定部１５８は、車両センサ１６４に含まれる複数のセンサのうち、一以上のセンサ結果に基づいて、車両が異常状態であると判定された場合には、他のセンサ結果が正常であっても車両状態が異常状態であると判定してもよい。

回転状態取得部１６０は、第１センサ６４および第２センサ７４により第１モータ６０および第２モータ７０のそれぞれの回転状態を取得する。回転状態には、例えば、回転の有無や、回転数が含まれる。

放電制御部１６２は、判定部１５８により車両が異常状態であると判定された場合に、異常時における放電開始条件を満たすものとし、放電制御を実行する。この場合、放電制御部１６２は、回転状態取得部１６０により取得された第１モータ６０の回転状態を取得する。そして、放電制御部１６２は、第１モータ６０が回転している状態である場合に、第１モータ６０の回転を抑制させる回転抑制制御を行う。例えば、放電制御部１６２は、回転抑制制御として、第１モータ６０の回転（駆動）による発電（回生）制御を行うことで第１モータ６０の回転を抑制させる。更に、放電制御部１６２は、第１モータ６０の回転（駆動）により発電した電力を、第２インバータ１２０を介して第２モータ７０に供給することで、第２モータ７０を回転させて内燃機関ＥＮを駆動させて電力を消費（放電）させる。また、放電制御部１６２は、第１モータ６０を回転が停止した後、第２コンデンサ５０に蓄積された電荷（電力）を、第２インバータ１２０を介して第２モータ７０に供給し、供給した電荷で第２モータ７０を回転させることで内燃機関ＥＮを駆動させて電荷を消費（放電）させる。なお、放電制御部１６２は、上述の放電制御を実行する際に、切替部２０をオフ状態にして電源１０の電力が第１コンデンサ３０側に供給されないようにしてもよい。

図３は、車両状態における放電制御の様子を説明するための図である。図３の例では、時間の経過（時刻Ｔ）に伴う車両システム１が搭載された車両の状態に基づく第１モータ６０の回転数と、第２コンデンサ５０に蓄積されている電荷の様子を示している。また、図３の例では、時刻Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の順に時間が進行しているものとする。また、時刻Ｔ０の時点において、車両は正常状態であり、第１モータ６０は回転数Ｍｒ１で回転し、第２コンデンサ５０には電荷量Ｃｈ１が蓄積されているものとする。

ここで、図３の時刻Ｔ１において、判定部１５８により車両が異常状態であると判定されたものとする（異常検知）。この場合、回転状態取得部１６０は、第１センサ６４から第１モータ６０の回転数を取得する。放電制御部１６２は、第１モータ６０が回転している場合に、第２コンデンサ５０の電荷を消費する前に、第１モータ６０と車軸ＶＳとを切り離し、第１モータ６０を発電（回生）駆動させることで、第１モータ６０の空転を停止させる制御を行う。また、放電制御部１６２は、第１モータ６０により発電された電力を、第１インバータ１１０および第２インバータを介して第２モータ７０に供給し、第２モータ７０を回転させることで内燃機関ＥＮを駆動させ、第１モータ６０の回生制御により発電された電力を放電させる。

時刻Ｔ２において第１モータ６０の回転が停止した後、放電制御部１６２は、第２コンデンサ５０に蓄積された電荷を、第２インバータ１２０を介して第２モータ７０に供給し、第２モータ７０を回転させて内燃機関ＥＮを駆動させることで第２コンデンサ５０に蓄積された電荷を放電させる。時刻Ｔ３において、第１モータ６０の回転数がゼロ（０）であり、第２コンデンサ５０の電荷もゼロ（０）であり、且つ、第２モータ７０の回転数がゼロ（０）となった場合に、放電制御部１６２は放電制御を完了する。

このように、車両が異常状態であって、且つ第１モータ６０が回転している場合には、第２コンデンサ５０の電荷を消費する前に、第１モータ６０の回転を停止させるための発電制御を行うことで第１モータ６０の回転に負荷がかかるため、第１モータ６０を単に空回転させているよりも早く停止させることができる。また、放電制御部１６２は、第１モータ６０により発電された電力を第２モータ７０に供給して消費させると共に、第２コンデンサ５０の電荷も第２モータ７０に供給して消費させることで、第１モータ６０の回転エネルギーおよび第２コンデンサのエネルギーを速やかに消費させることができる。

なお、図３の時刻Ｔ１～Ｔ２の区間において、第１モータ６０の回転により発電された電力がそのまま第２モータ７０に供給されているため、第２コンデンサ５０の電荷は一定となっているが、発電された電力の少なくとも一部が第２コンデンサに蓄積されてもよい。その場合、図３の時刻Ｔ１～Ｔ２の区間において、第２コンデンサ５０の電荷量は増加する。

また、図３の例では、第１モータ６０の回転が停止した後（時刻Ｔ２以降）に第２コンデンサ５０に蓄積された電荷を第２モータ７０に供給したが、これに代えて、放電制御部１６２は、モータ停止制御が終了する前（例えば、時刻Ｔ１からＴ２までの何れかのタイミング）に、放電制御を実行してもよい。これにより、モータ停止制御と放電制御を並行して実行することができ、放電をより早く完了させることができる。

なお、放電制御部１６２は、第２モータ７０の状態が短絡状態（放電制御部１６２により制御できない状態）でない場合には、上述した放電制御を実行し、短絡状態である場合には以下に示す第１～第３の短絡時放電制御のうち、少なくとも一つを用いて第１モータ６０により発電された電力および第２コンデンサに蓄積された電力を放電させてもよい。なお、第１～第３の短絡時放電制御において、第１モータ６０は、空転の停止制御が実行される。空転の停止制御は、三相短絡によって行われてもよい。三相短絡とは、例えば、インバータ１００のハイ側またはロー側の全てをオン状態にすることで、モータの端を短絡状態とし、そのブレーキトルクによりモータが空転し、逆起電力がかかる状態を防止するものである。

第１の短絡時放電制御は、例えば、第１インバータ１１０に含まれるスイッチング素子を用いた放電制御である。第１の短絡時放電制御では、ＩＧＢＴ等のスイッチ素子において、上下アーム素子のオン／オフ制御を交互に行い、上下アーム素子を流れる漏れ電流で、第２コンデンサ５０に蓄積された電荷をチップ発熱に変換して放電する。つまり、第１の短絡時放電制御は、第１インバータ１１０のスイッチング損失によりエネルギーを消費する。

第２の短絡時放電制御は、例えば、コンバータ８０で昇圧動作を行うことで、リアクトルＬ１，Ｌ２に電流を流し、第２コンデンサ５０に蓄積された電荷を熱に変換することで放電する。

第３の短絡時放電制御は、例えば、第１モータ６０に電流を流すことで、第１モータ６０の電力または第２コンデンサ５０の電荷を磁石部熱に変換することで放電する。

放電制御部１６２は、車両に搭載された補機の種類や数、想定される消費電力量、第２コンデンサ５０に蓄積される電荷量等に応じて、上述した第１～第３の放電制御のうち、少なくとも一つを選択して放電させてもよい。上述した第１～第３の放電制御のうち、少なくとも一つを用いて放電することで、第２モータ７０が短絡状態の場合でも車両の異常時における放電制御を行うことができる。

放電制御部１６２は、第２モータ７０の一部（例えば、三相のうちの一相）が短絡している場合には、短絡相を回避し、短絡していない残りの相を用いて放電制御を行ってもよい。

［処理フロー］
図４は、実施形態の車両システム１により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、以下の例では車両システム１により実行される処理のうち、主に車両の異常時における放電制御を中心として説明する。また、図４に示す処理は、例えば、モータの制御中（特に車両の正常状態時）において、繰り返し実行されてよい。

図４の例において、制御部１５０は、第１モータ６０や第２モータ７０を駆動させて車軸ＶＳや内燃機関ＥＮを駆動させて車両システム１が搭載された車両を走行させるための制御を行う（ステップＳ１００）。

次に、車両状態取得部１５６は、車両システム１が搭載された車両の状態を取得する（ステップＳ１０２）。次に、判定部１５８は、車両の異常状態が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。異常状態が検出されたと判定された場合、放電制御部１６２は、回転状態取得部１６０により取得された第１モータ６０の回転数に基づいて、第１モータが回転しているか否かを判定する（ステップＳ１０６）。第１モータ６０が回転していると判定した場合、放電制御部１６２は、第１モータ６０による発電制御を行い（ステップＳ１０８）、発電された電力を第２モータ７０に供給し、第２モータ７０を回転させて内燃機関ＥＮを駆動させることで放電する（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１０の処理後、またはステップＳ１０６の処理において、第１モータが回転していないと判定された場合、放電制御部１６２は、コンデンサ（例えば、第２コンデンサ５０）に電荷が蓄積されているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。コンデンサに電荷が蓄積されていると判定した場合、放電制御部１６２は、コンデンサに蓄積された電荷を第２モータ７０に供給し、第２モータ７０を回転させて内燃機関ＥＮを駆動させることで放電する（ステップＳ１１４）。これにより本フローチャートの処理は終了する。また、ステップＳ１０４の処理により、異常状態が検出されていないと判定された場合、またはステップＳ１１２によりコンデンサに電荷が蓄積されていないと判定された場合、本フローチャートの処理は終了する。

以上説明した実施形態によれば、駆動システム（車両システム１）において、車両の車軸ＶＳに連結された第１モータ６０と、内燃機関ＥＮに連結された第２モータ７０と、電源１０と第１モータ６０との間で電力を変換する第１インバータ１１０と、電源１０と第２モータ７０との間で電力を変換する第２インバータ１２０と、第１インバータ１１０または第２インバータ１２０からの電荷を蓄積するコンデンサ（例えば、第２コンデンサ５０）と、第１インバータ１１０および第２インバータ１２０を制御する制御部１５０と、を備え、制御部１５０は、車両の異常時における放電開始条件を満たす場合に、コンデンサの電荷の放電を行う前に、第１モータ６０が回転しているときには、第１モータ６０の回転を抑制させる回転抑制制御を行い、回転抑制制御は、第１モータ６０の回転によって発電させることで第１モータ６０の回転を抑制させると共に、第１モータ６０で発電された電力によって第２モータ７０を回転させて発電された電力を放電させることにより、異常時において、より効率的な放電制御を実現することができる。

具体的には、実施形態によれば、異常時において第１モータ６０が回転している場合には、第１モータ６０の回転による回生制御を行うことで、第１モータ６０の回転を空転させるよりも早く停止させることができる。また、第１モータ６０の回生制御により発電された電力を用いて第２モータ７０を回転させて内燃機関ＥＮを駆動させることで、内燃機関ＥＮのエンジンブレーキ（ブレーキトルク）によるエネルギー消費によって、より効率的に放電を行うことができる。これにより、より短時間で放電させることができる。

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態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の変形および置換を加えることができる。

１…車両システム、１０…電源、２０…切替部、３０…第１コンデンサ、４０…電力供給部、５０…第２コンデンサ、６０…第１モータ、７０…第２モータ、８０…コンバータ、１００…インバータ、１１０…第１インバータ、１２０…第２インバータ、１５０…制御部、１５２…コンバータ制御部、１５４…インバータ制御部、１５６…車両状態取得部、１５８…判定部、１６０…回転状態取得部、１６２…放電制御部

Claims (5)

1. 車軸に連結された第１の回転電機と、
   内燃機関に連結された第２の回転電機と、
   電源と前記第１の回転電機との間で、電力を変換する第１の電力変換回路と、
   前記電源と前記第２の回転電機との間で、電力を変換する第２の電力変換回路と、
   前記第１の電力変換回路または前記第２の電力変換回路からの電荷を蓄積するコンデンサと、
   前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、異常時における放電開始条件を満たす場合に、前記コンデンサの電荷の放電を行う前に、前記第１の回転電機が回転しているときには、前記第１の回転電機の回転を抑制させる回転抑制制御を行い、
   前記回転抑制制御は、前記第１の回転電機の回転によって発電させることで前記第１の回転電機の回転を抑制させると共に、前記第１の回転電機で発電された電力によって前記第２の回転電機を回転させて前記発電された電力を放電させる、
   駆動システム。
2. 前記制御部は、前記第１の回転電機の回転が停止した後、前記第２の回転電機が前記内燃機関を駆動させて前記コンデンサの電荷を放電させる、
   請求項１に記載の駆動システム。
3. 前記第２の回転電機の状態を取得する状態取得部を更に備え、
   前記制御部は、前記状態取得部により取得された前記第２の回転電機の状態が短絡状態でない場合に、前記回転抑制制御を実行する、
   請求項１または２に記載の駆動システム。
4. 前記制御部は、前記状態取得部により取得された前記第２の回転電機の状態が短絡状態である場合に、前記第１の電力変換回路に含まれるスイッチング素子を用いた第１の短絡時放電制御、前記電源から供給される電圧を昇圧して前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路に供給する電圧変換回路を用いた第２の短絡時放電制御、および前記第１の回転電機を用いた第３の短絡時放電制御のうち、少なくとも一つを用いて、前記第１の回転電機により発電された電力および前記コンデンサに蓄積された電荷を放電させる、
   請求項３に記載の駆動システム。
5. 車軸に連結された第１の回転電機と、内燃機関に連結された第２の回転電機と、電源と前記第１の回転電機との間で、電力を変換する第１の電力変換回路と、前記電源と前記第２の回転電機との間で、電力を変換する第２の電力変換回路と、前記第１の電力変換回路または前記第２の電力変換回路からの電荷を蓄積するコンデンサと、前記第１の電力変換回路および前記第２の電力変換回路を制御する制御部と、を備える駆動システムが、
   異常時における放電開始条件を満たす場合に、前記コンデンサの電荷の放電を行う前に、前記第１の回転電機が回転しているときには、前記第１の回転電機の回転を抑制させる回転抑制制御を行い、
   前記回転抑制制御は、前記第１の回転電機の回転によって発電させることで前記第１の回転電機の回転を抑制させると共に、前記第１の回転電機で発電された電力によって前記第２の回転電機を回転させて前記発電された電力を放電させる、
   駆動システムの制御方法。

Images