JP5810905B2 - モータ制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、三相モータを使用して内燃機関の始動を行うハイブリッド車両に適用されるモータの制御装置に関する。
ハイブリッド車両は、三相のモータジェネレータ（三相モータ）と内燃機関の少なくとも一方の駆動力により走行する。三相モータは、運転状況に応じてモータ制御装置により制御される。このようなハイブリッド車両の走行中に、三相モータに通電する三相線の断線が発生した場合、モータ制御装置は三相モータの故障と判断する。そして、モータ制御装置は、三相モータに接続される電力変換装置を遮断し、三相モータの制御を禁止する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−６９６０７号公報
上述したハイブリッド車両には、三相モータを使用して内燃機関の始動をするものがある。詳しくは、キー操作により手動で内燃機関を始動する際、またはアイドルストップから自動で内燃機関を始動する際、三相モータを制御して内燃機関を始動する。このような車両では、三相モータに通電する三相線の断線が発生した場合に内燃機関を停止させると、再度内燃機関を始動させようとしても三相モータが駆動できないため内燃機関を始動させることができない。
しかしながら、三相モータに通電する三相線の断線が発生した場合、通常警告灯が点灯するためドライバーが内燃機関を停止させる（キーオフ）状況や、アイドルストップで自動的に内燃機関が停止させられる状況となるおそれがある。このような場合、例えば車両を移動させるために、再度内燃機関を始動させたい事態が生じることも考えられる。
本発明は、こうした事態を想定してなされたものであり、三相モータに通電する三相線のいずれか一相の断線が発生した場合であっても、内燃機関の始動を実行することのできるモータ制御装置を提供することを主たる目的とするものである。
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明は、三相モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両に適用され、前記三相モータを制御して前記内燃機関の始動を行うモータ制御装置であって、前記三相モータに通電する三相線のいずれか一相の断線が発生した場合に、前記内燃機関の始動要求があることを条件として前記三相モータの駆動を許可することを特徴とする。
上記構成によれば、内燃機関の始動に三相モータが使用される。そして、三相モータに通電する三相線のいずれか一層の断線が発生した場合、内燃機関の始動要求があるときは、三相モータの駆動が許可される。したがって、三相モータに通電する三相線のいずれかに断線が発生した場合でも、三相モータを駆動して内燃機関の始動を実行することができる。
また、内燃機関の始動要求がないときは、三相モータの駆動が許可されない。一般に、三相モータに通電する三相線のいずれか一相が断線した状態で通電すると、三相モータや電力変換装置に過電流が流れ、三相モータや電力変換装置が損傷するおそれがある。そこで、断線が発生した三相モータの使用を制限することで、三相モータや電力変換装置の損傷を抑制できる。
本実施形態にかかる車両システムの概略構成を示す模式図。 モータ制御装置による三相モータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。 三相モータ駆動制御の実行態様を示すタイムチャート。
以下、モータ制御装置をパラレルハイブリッド車両に適用した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。まず、図１を参照して車両システムの概略構成を説明する。
図示されるように、本車両には、ＭＧ（モータジェネレータ）１０と走行用のエンジン（内燃機関）２０が搭載されている。ＭＧ１０は三相の永久磁石同期モータ（三相モータ）で構成され、電力の供給により駆動される電動機としての機能（力行機能）と減速時に機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機としての機能（回生機能）とを兼ね備える。本車両では、ＭＧ１０の駆動力を、エンジン２０の始動に際しての動力源、及び走行時の動力源として利用している。
さらに本車両には、端子電圧が高圧（例えば数百Ｖ以上）に設定された主バッテリ５０と、低圧（例えば１２Ｖ）に設定された補機バッテリ６０と、インバータ（電力変換装置）３０と、補機７０と、ＤＣＤＣコンバータ８０とが搭載されている。
主バッテリ５０には、例えば、リチウムイオン蓄電池やニッケル水素蓄電池が採用され、補機バッテリ６０には、主バッテリ５０よりもエネルギ出力密度の小さい鉛蓄電池等が採用される。主バッテリ５０は、インバータ（電力変換装置）３０を介してＭＧ１０へ電力供給する。インバータ３０は、スイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）の直列接続体を３組備えており、これら各直列接続体の接続点はＭＧ１０のＵ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ接続される。
補機バッテリ６０は、後述する各種ＥＣＵ（電子制御装置）やヘッドライト、空調装置等の補機７０へ電力供給する。また、補機バッテリ６０の放電電力は、ＤＣＤＣコンバータ８０により昇圧されてインバータ３０へ入力され、ＭＧ１０へ供給されることも可能である。さらに、ＭＧ１０で発電された３相交流の電力は、インバータ３０により直流に整流されて主バッテリ５０へ充電されるとともに、ＤＣＤＣコンバータ８０により降圧されて補機バッテリ６０へ充電される。
本車両システムは、エンジン２０や、ＭＧ１０、インバータ３０の状態を検出する手段として、起動スイッチ２５、電流センサ９０、温度センサ１２、及び回転角度センサ１１を備える。起動スイッチ２５は、ドライバーにより、停止位置（ＯＦＦ位置）、準備位置（アクセサリ位置）、起動位置（ＯＮ及び始動位置）に切り替えられる。起動スイッチ２５の状態は、図示しないインターフェースを介して後述するＨＶＥＣＵ（ハイブリッド制御装置）４２に取り込まれる。電流センサ９０は、ＭＧ１０の各相を流れる電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。温度センサ１２は、ＭＧ１０の備える永久磁石の温度を検出する。回転角度センサ１１は、ＭＧ１０の回転角度θ（電気角）を検出する。これら各種センサの検出信号は、図示しないインターフェースを介して後述するＭＧＥＣＵ（モータ制御装置）４０に取り込まれる。ここで、電流値と回転角度値は、ＭＧＥＣＵ４０が備えるトルク算出部（トルク算出手段）へ送信される。トルク算出部は、回転角度θに基づいてＭＧ１０の回転速度ωを算出し、回転速度ωとＩｕ，Ｉｖ，Ｉｗの電流値に基づいてＭＧ１０の出力トルクを算出する。
また、本車両システムは、ＨＶＥＣＵ（ハイブリッド制御装置）４２、ＥＮＧＥＣＵ（エンジン制御装置）４１、及びＭＧＥＣＵ（モータ制御装置）４０の各種ＥＣＵ（電子制御装置）を備える。これら各ＥＣＵは、いずれもＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムを実行する。なお、ＨＶＥＣＵ４２は、ＥＮＧＥＣＵ４１とＭＧＥＣＵ４０のそれぞれと互いに双方向通信が可能である。
ＨＶＥＣＵ４２は、ＥＮＧＥＣＵ４１とＭＧＥＣＵ４０よりも上位（アクセルペダル等のユーザインターフェースから入力されるユーザの要求からみて上流側）のＥＣＵである。ＨＶＥＣＵ４２は、ユーザのアクセルペダルの操作量等の検出信号に基づき、エンジン２０、ＭＧ１０の制御量の指令値を算出する。
更にＨＶＥＣＵ４２は、ＤＣＤＣコンバータ８０による電圧の昇圧量や降圧量が所望する値となるよう、補機バッテリ６０のＳＯＣ（State of charge：満充電時の充電量に対する実際の充電量の割合）や主バッテリ５０のＳＯＣ等に応じて、ＤＣＤＣコンバータ８０の作動を制御する。
ＥＮＧＥＣＵ４１は、エンジン２０の燃焼制御等に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＨＶＥＣＵ４２から走行状態に対応した指令値を受け取ると、その指令値に制御すべく燃料噴射弁による燃料噴射制御等、エンジン２０の燃焼制御を行う。
ＭＧＥＣＵ４０は、インバータ３０内のスイッチング素子等を通電操作する制御装置である。ＨＶＥＣＵ４２からエンジン始動要求を受け取ると、インバータ３０内のスイッチング素子をオンにしてエンジン２０の始動に必要な駆動力を発生させる。そして、エンジン２０のクランク軸に初期回転を付与し、エンジン２０の始動を実行する。また、ＨＶＥＣＵ４２から走行状態に対応した指令値を受け取ると、その指令値に制御すべくインバータ３０内のスイッチング素子を通電操作する。例えば、ＨＶＥＣＵ４２から指令トルクを受け取ると、算出された出力トルクとの偏差分から指令電流値を決定する。そして指令電流値からインバータ３０をオンする指令電圧値を算出し、指令電圧値に対応するパルス幅のパルス信号をインバータ３０に印加する。
次に、図２を参照して、ＭＧＥＣＵ４０によるＭＧ駆動制御の処理手順を説明する。この一連の処理は所定時間毎に繰り返し実行される。
まず、ＭＧ１０に通電する三相線のいずれか一相の断線が発生しているか否かを判定する（Ｓ１）。断線検出方法は、従来提案されている断線検出方法のいずれかを適用する。この判定において、ＭＧ１０に通電する三相線のいずれにも断線が発生していないと判定した場合には（Ｓ１：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
一方、ＭＧ１０に通電する三相線のいずれか一相の断線が発生していると判定した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）には、ＨＶＥＣＵ４２からエンジン２０の始動要求を受けているか否か判定する。詳しくは、起動スイッチ２５がドライバーにより起動位置に切り替えられると、その操作から所定時間経過するまでＨＶＥＣＵ４２からＭＧＥＣＵ４０へ始動要求が出力される。エンジン２０の始動要求を受けていないと判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）、ＭＧ１０の駆動を禁止する（Ｓ４）。すなわち、インバータ３０内のスイッチング素子をオフにし、インバータ３０と主バッテリ５０を電気的に切り離す。その後、この一連の処理を一旦終了（ＥＮＤ）する。
一方、ＨＶＥＣＵ４２からエンジン２０の始動要求を受けていると判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＭＧ１０に断線が発生していない場合よりもＭＧ１０の駆動を制限してＭＧ１０の駆動を許可する（Ｓ３）。ここで、エンジン２０の始動を実行するために必要な駆動力は走行時に必要な駆動力よりも小さいので、ＭＧ１０の駆動を制限してＭＧ１０の駆動を許可する。そして、駆動を制限してＭＧ１０の駆動を許可することで、ＭＧ１０やインバータ３０に通電する過電流を抑制でき、ＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。以下に、具体的な駆動制限の処理について述べる。
（１）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０の回転速度を所定値以下に制限する。ＭＧ１０の回転速度はインバータ３０に印加する電圧で制御される。ＭＧ１０の回転速度が所定値以下になるようにインバータ３０に印加する指令電圧値を制限すると、ＭＧ１０及びインバータ３０に流れる電流値も制限される。よって、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れることを抑制でき、ＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。この場合、エンジン２０を始動可能な最小限の回転速度をこの所定値とすると、ＭＧ１０やインバータ３０に通電する電流値を最小限にできるので好適である。
（２）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０への指令トルクを所定値以下に制限する。ＭＧ１０のトルクは、ＭＧ１０を流れる電流によって調節され、指令トルクが大きいほど大きな電流が要求される。したがって、ＭＧ１０への指令トルクが所定値以下になるように制限すると、要求される電流値も制限される。それゆえ、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れることを抑制でき、ＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。この場合、エンジン２０を始動可能な最小限のトルク値をこの所定値とすると、ＭＧ１０やインバータ３０に通電する電流値を最小限にできるので好適である。
（３）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０の出力トルクを所定値以下に制限する。断線が発生した際はＭＧ１０の制御が不安定になり、指令トルクを所定値以下に制限しても、出力トルクが所定値を超えるおそれがある。よって、算出した出力トルクが所定値以下になるようにフィードバック制御し、確実にＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れることを抑制する。この場合、エンジン２０を始動可能な最小限のトルク値をこの所定値とすると、ＭＧ１０やインバータ３０に通電する電流値を最小限にできるので好適である。
（４）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０へ通電する電流値を所定値以下に制限する。ＭＧ１０へ通電する電流値を所定値以下になるようにインバータ３０を通電操作すると、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れることがない。それゆえＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。この場合、エンジン２０を始動可能な最小限の電流値をこの所定値とすると、ＭＧ１０やインバータ３０に通電する電流値を最小限にできるので好適である。
（５）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０の駆動時間を所定時間以内に制限する。すなわち、インバータ３０の通電時間が所定時間以内になるように制限して通電操作すると、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れたとしても、その通電時間を抑制できる。それゆえＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。この場合、エンジン２０を始動可能な最小限の駆動時間をこの所定値とすると、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が流れる時間を最小限にできるので好適である。
（６）ＭＧ１０の駆動を許可する際に、ＭＧ１０の温度を所定値以下に制限する。ＭＧ１０の温度は、ＭＧ１０へ通電する電流値と電流が流れる時間に依存する。このため、温度センサ１２により検出されるＭＧ１０の温度が所定値以下になるようにインバータ３０を通電操作すると、ＭＧ１０やインバータ３０に過電流が長時間流れることを抑制でき、ＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。また、高温によりＭＧ１０が備える磁石の磁力が低下することを抑制できる。
ＭＧ１０の駆動を許可する際は、上述した（１）〜（６）の少なくとも１つの処理を実行してＭＧ１０の駆動を制限する。２つ以上の処理を組み合わせて実行してもよい。ＭＧ１０に断線が発生していない場合よりもＭＧ１０の駆動を制限してＭＧ１０の駆動を許可した後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
次に、図３を参照して、図２のステップＳ３において、上述した（２）の処理を実行する態様について説明する。同図に示すように、ＭＧ１０が正常状態での走行中に、タイミングｔ１においてＭＧ１０に通電する三相線のいずれか一相に断線が発生すると、ＭＧＥＣＵ４０は断線を検出する。するとＭＧＥＣＵ４０は、フェイルセーフを実施しＭＧ１０の駆動を禁止する。これによりＭＧ１０への指令トルクは０Ｎｍとなる。この時点ではエンジン２０の駆動力のみで走行中であるが、車内では警告灯が点灯している。
次にタイミングｔ２において、警告灯を見たドライバーは車両を停止させるとともに、起動スイッチ２５を停止位置に切り替えることによりエンジン２０を停止させる。このとき、ＭＧＥＣＵ４０はフェイルセーフを実施しＭＧ１０の駆動を禁止したままである。続いてタイミングｔ３において、ドライバーが車を移動させるために起動スイッチ２５を起動位置に切り替えると、その操作から所定時間経過するまで（タイミングｔ３〜ｔ４）、ＨＶＥＣＵ４２からＭＧＥＣＵ４０に対してエンジン２０の始動要求が出力される。エンジン２０の始動要求を受けたＭＧＥＣＵ４０は、フェイルセーフの実施をやめる。そして、ＭＧ１０への指令トルクを所定値以下に制限してＭＧ１０の駆動を許可し、エンジン２０の始動を実行する。
その後タイミングｔ４において、エンジン２０の回転速度が始動判定回転速度に達すると、ＥＮＧＥＣＵ４１はエンジン２０の始動が完了したと判定する。すると、ＨＶＥＣＵ４２からＭＧＥＣＵ４０に対するエンジン２０の始動要求がなくなり、ＭＧＥＣＵ４０は再度フェイルセーフを実施してＭＧ１０の駆動を禁止する。これにより、ＭＧ１０への指令トルクは０Ｎｍとなる。
その結果、ＭＧ１０に通電する三相線のいずれかに断線が発生した場合でも、ＭＧ１０を駆動してエンジン２０の始動を実行することができる。また、エンジン２０の始動要求がないときは、ＭＧ１０の駆動が許可されないため、断線が発生したＭＧ１０の使用によるＭＧ１０やインバータ３０の損傷を抑制できる。
なお、モータ制御装置は、上述した実施形態に限定されない。
例えば、起動スイッチ２５が起動位置にあり且つエンジン２０が自動停止されている場合に、エンジン２０の自動始動要求が発生すると、ＨＶＥＣＵ４２からＭＧＥＣＵ４０へ始動要求が出力される。このような場合に、ＭＧ１０の三相線のいずれか一相に断線が発生していたとしても、ＭＧ１０の駆動を許可するようにしてもよい。
また、ＭＧ１０の三相線のいずれか一相の断線が発生した場合に、エンジン２０の自動始動要求が発生してもＭＧ１０の駆動を許可せず、更に起動スイッチ２５が操作されたことを条件として、ＭＧ１０の駆動を許可する構成としてもよい。このような構成とすると、ドライバーがエンジン２０の始動を要求している場合に限ってＭＧ１０の駆動を許可することとなり、故障したＭＧ１０の使用を必要最小限とすることができる。
１０…ＭＧ（三相モータ）、２０…エンジン（内燃機関）、３０…インバータ（電力変換装置）、４０…ＭＧＥＣＵ（モータ制御装置）、４１…ＥＮＧＥＣＵ（エンジン制御装置）、４２…ＨＶＥＣＵ（ハイブリッド制御装置）。

Claims (9)

  1. 三相モータと内燃機関とを備えるハイブリッド車両であって、前記三相モータの駆動力のみを前記内燃機関の始動に際しての動力源とするハイブリッド車両に適用され、前記三相モータを制御して前記内燃機関の始動を行うモータ制御装置であって、
    前記三相モータに通電する三相線のいずれか一相の断線が発生した場合に、前記内燃機関の始動要求があることを条件として前記三相モータの駆動を許可することを特徴とするモータ制御装置。
  2. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータに断線が発生していない場合よりも前記三相モータの駆動を制限する請求項１に記載のモータ制御装置。
  3. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータの回転速度を所定値以下に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  4. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータへの指令トルクを所定値以下に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  5. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータの出力トルクを所定値以下に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  6. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータへ通電する電流値を所定値以下に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  7. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータの駆動時間を所定時間以内に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  8. 前記三相モータの駆動を許可する際に、前記三相モータの温度を所定値以下に制限する請求項２に記載のモータ制御装置。
  9. 前記車両は、手動操作により前記三相モータへ通電を行う起動スイッチを備え、
    前記起動スイッチが操作されたことを更に条件として、前記三相モータの駆動を許可する請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
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