JP6863046B2 - 自動車 - Google Patents

Description

本発明は、自動車に関し、詳しくは、モータとインバータと蓄電装置と昇圧コンバータと２つの電圧センサと電流センサとを備える自動車に関する。

従来、この種の自動車としては、走行用のモータと、モータを駆動するインバータと、バッテリと、上アームおよび下アームのスイッチング素子とリアクトルとを有すると共にバッテリ側の電力を昇圧してインバータ側に供給する昇圧動作が可能なコンバータと、バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧センサと、コンバータの入力電圧を検出する入力電圧センサと、コンバータの入力電流を検出する入力電流センサと、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、コンバータの昇圧動作を停止することなく、コンバータの入力電流に基づいて演算された入力電圧推定値と、コンバータの入力電圧と、バッテリの電圧と、に基づいてバッテリ電圧センサまたは入力電圧センサの異常を判定する。そして、入力電圧センサの異常を判定したときには、入力電圧センサの検出値に代えて、バッテリ電圧センサの検出値をコンバータの昇圧制御に用いる。

特開２０１５−１７７６０９号公報

上述の自動車では、コンバータの出力電圧を検出する出力電圧センサに異常が生じたときには、コンバータの出力電圧を把握する（推定する）ことができないために、コンバータの昇圧動作を適切に行なうことができない。この場合、コンバータの上アームをオンで保持するなどしてコンバータの昇圧動作を行なわずにバッテリからモータに電力を供給して退避走行することが考えられるものの、インバータ（モータ）に作用する電圧が低いために、モータから出力可能なトルクが小さくなってしまう。

本発明の自動車は、蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインの電力を昇圧してインバータが接続された高電圧側電力ラインに供給する昇圧動作が可能な昇圧コンバータを備えるものにおいて、高電圧側電力ラインの電圧を検出する第１電圧センサおよび低電圧側電力ラインの電圧を検出する第２電圧センサに異常が生じたときでも、昇圧コンバータの昇圧動作を適切に行なえるようにすることを主目的とする。

本発明の自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の自動車は、
走行用のモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
蓄電装置と、
上アームおよび下アームのスイッチング素子とリアクトルとを有し、前記蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧側電力ラインに供給する昇圧動作が可能な昇圧コンバータと、
前記高電圧側電力ラインの電圧を検出する第１電圧センサと、
前記低電圧側電力ラインの電圧を検出する第２電圧センサと、
前記リアクトルの電流を検出電流として検出する電流センサと、
前記インバータおよび前記昇圧コンバータを制御する制御装置と、
を備える自動車であって、
前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記リアクトルの検出電流に基づいて前記高電圧側電力ラインの推定電圧を演算し、前記高電圧側電力ラインの推定電圧を用いて前記昇圧コンバータを制御する、
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、高電圧側電力ラインの電圧を検出する第１電圧センサおよび低電圧側電力ラインの電圧を検出する第２電圧センサに異常が生じたときには、リアクトルの電流を検出電流として検出する電流センサにより検出されるリアクトルの検出電流に基づいて高電圧側電力ラインの推定電圧を演算し、高電圧側電力ラインの推定電圧を用いて昇圧コンバータを制御する。これにより、第１電流センサおよび第２電流センサに異常が生じたときでも、高電圧側電力ラインの推定電圧を把握して、昇圧コンバータの昇圧動作を適切に行なうことができる。

こうした本発明の自動車において、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記リアクトルの検出電流の増加時および下降時における単位時間当たりの変化量に基づいて前記高電圧側電力ラインの推定電圧を演算するものとしてもよい。こうすれば、リアクトルの検出電流の増加時および下降時における単位時間当たりの変化量に基づいて高電圧側電力ラインの推定電圧を演算することができる。

この場合、前記制御装置は、前記単位時間を「Δｔ」とし、前記リアクトルの検出電流の増加時および下降時における前記単位時間当たりの変化量をそれぞれ「ΔＩＬ１」，「ΔＩＬ２」とし、前記リアクトルのインダクタンスを「Ｌ」とし、前記高電圧側電力ラインの推定電圧を「ＶＨｅｓｔ」としたときに、前記高電圧側電力ラインの推定電圧ＶＨｅｓｔは、「ＶＨｅｓｔ＝Ｌ・（ΔＩＬ１−ΔＩＬ２）／Δｔ」により得られるものとしてもよい。

また、この場合、前記制御装置は、前記高電圧側電力ラインの推定電圧および目標電圧に基づいて目標デューティを設定し、前記目標デューティを用いて前記昇圧コンバータを制御し、更に、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記高電圧側電力ラインの推定電圧および目標電圧に基づいて、前記上アームのオン時間およびオフ時間が共に前記単位時間よりも長くなるように前記目標デューティを設定するものとしてもよい。こうすれば、「単位時間」がリアクトルの検出電流の取得間隔である場合、リアクトルの検出電流の増加時および下降時における単位時間当たりの変化量をより適切に演算することができる。

本発明の自動車において、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときにおいて、前記昇圧コンバータの前記上アームをオンで保持していて且つ前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御していて且つ変調率が所定変調率以上のときに、前記昇圧コンバータの昇圧動作を開始するものとしてもよい。こうすれば、インバータを矩形波制御モードで制御しているときに昇圧コンバータの昇圧動作を開始するものに比して、モータの制御性の低下を抑制することができる。

この場合、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときにおいて、前記昇圧コンバータの前記上アームをオンで保持していて且つ前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御していて且つ変調率が所定変調率以上のときに、前記昇圧コンバータの昇圧動作を開始するものとしてもよい。また、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときにおいて、前記昇圧コンバータの前記上アームをオンで保持していて且つ前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御していて且つ車速が所定車速以上のときに、前記昇圧コンバータの昇圧動作を開始するものとしてもよい。これらのようにすれば、昇圧コンバータの昇圧動作を必要としないタイミングでこの昇圧動作を開始するのを抑制することができる。

本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 電子制御ユニット５０により実行される許可後昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔや単位時間Δｔ，リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２を説明するための説明図である。 電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じて昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオンでの保持を開始した後の様子の一例を示す説明図である。 変形例の異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、蓄電装置としてのバッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、を備える。

モータ３２は、三相の同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられる。このインバータ３４は、高電圧側電力ライン４２を介して昇圧コンバータ４０に接続されており、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン４４を介して昇圧コンバータ４０に接続されている。低電圧側電力ライン４４の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ４８が取り付けられている。

昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２と低電圧側電力ライン４４とに接続されており、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２と、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２のそれぞれに並列に接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトル４１と、を有する。トランジスタＴ３１は、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインに接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧側電力ライン４２および低電圧側電力ライン４４の負極側ラインと、に接続されている。リアクトル４１は、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点と、低電圧側電力ライン４４の正極側ラインと、に接続されている。昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット５０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧側電力ライン４２に供給する昇圧動作を行なったり、高電圧側電力ライン４２の電力を降圧して低電圧側電力ライン４４に供給する降圧動作を行なったりする。以下、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１を「上アーム」といい、トランジスタＴ３２を「下アーム」という。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２の他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ５６，入出力ポートを備える。電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨや、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬ，リアクトル４１に流れる電流を検出する電流センサ４１ａからのリアクトル４１の電流ＩＬも挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。また、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからのモータ３２の回転子の回転位置θｍに基づいてモータ３２の電気角θｅや角速度ωｍ，回転数Ｎｍを演算している。また、電子制御ユニット５０は、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算している。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６から放電可能な電力の容量の割合である。以下、電圧センサ３６ａにより検出されるバッテリ３６の電圧Ｖｂを「検出電圧Ｖｂｄｅｔ」といい、電圧センサ４６ａにより検出されるコンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨを「検出電圧ＶＨｄｅｔ」といい、電圧センサ４８ａにより検出されるコンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬを「検出電圧ＶＬｄｅｔ」といい、電流センサ４１ａにより検出されるリアクトル４１の電流ＩＬを「検出電流ＩＬｄｅｔ」という。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、アクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃと車速センサ６８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。また、電子制御ユニット５０は、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、電圧センサ４６ａからの高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔと目標電圧ＶＨ＊との差分が打ち消されるようにトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

ここで、インバータ３４の制御について説明する。実施例では、インバータ３４を、正弦波ＰＷＭ（パルス幅変調）制御モード，過変調ＰＷＭ制御モード，矩形波制御モードのうちの何れかの制御モードで制御するものとした。正弦波ＰＷＭ制御モードは、擬似的な三相交流電圧がモータ３２に印加（供給）されるようにインバータ３４を制御する制御モードであり、その際の変調率Ｒｍは値０〜略値０．６１となる。変調率Ｒｍは、インバータ３４の入力電圧（高電圧系電力ライン４２の電圧）に対する出力電圧（モータ３２の印加電圧）の実効値の割合である。過変調ＰＷＭ制御モードは、過変調電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御モードであり、その際の変調率Ｒｍは略値０．６１〜略値０．７８となる。矩形波制御モードは、矩形波電圧がモータ３２に印加されるようにインバータ３４を制御する制御モードであり、その際の変調率Ｒｍは略値０．７８となる。実施例では、変調率Ｒｍに基づいて、正弦波ＰＷＭ制御モード，過変調ＰＷＭ制御モード，矩形波制御モードの何れかの制御モードでインバータ３４を制御するものとした。

ＰＷＭ制御モード（正弦波ＰＷＭ制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モード）では、電子制御ユニット５０は、まず、モータ３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗの総和が値０であるとして、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいてｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定し、ｄ軸，ｑ軸の電流指令Ｉｄ＊，Ｉｑ＊および電流Ｉｄ，Ｉｑを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を設定する。そして、モータ３２の電気角θｅを用いてｄ軸，ｑ軸の電圧指令Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を各相の電圧指令（変調波）Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に座標変換（２相−３相変換）し、各相の電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と搬送波（三角波）との比較によりトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のＰＷＭ信号を生成する。そして、ＰＷＭ信号をインバータ３４に出力することにより、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチングを行なう。

矩形波制御モードでは、電子制御ユニット５０は、まず、上述したのと同様に、モータ３２の電気角θｅを用いてＵ相，Ｖ相の相電流Ｉｕ，Ｉｖをｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに座標変換（３相−２相変換）する。続いて、ｄ軸，ｑ軸の電流Ｉｄ，Ｉｑに基づいて、モータ３２から出力されていると推定される出力トルクＴｍｅｓｔを設定する。そして、モータ３２の出力トルクＴｍとトルク指令Ｔｍ＊との差分が打ち消されるように電圧位相指令θｐ＊を設定し、設定した電圧位相指令θｐ＊に基づく矩形波電圧がモータ３２に印加されるようにトランジスタＴ１１〜Ｔ１６の矩形波信号を生成する。そして、矩形波信号をインバータ３４に出力することにより、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。

続いて、昇圧コンバータ４０の制御について説明する。昇圧コンバータ４０の制御では、高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を上述のように設定すると、電圧センサ４８ａからの低電圧側電力ライン４４の検出電圧ＶＬｄｅｔと電圧センサ４６ａからの高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔと高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊とを用いて式（１）により昇圧コンバータ４０の目標デュ−ティＤ＊を設定する。式（１）は、高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔと目標電圧ＶＨ＊との差分を打ち消すためのフィードバック制御における関係式であり、右辺第１項はフィードフォワード項であり、右辺第２項はフィードバック項における比例項であり、右辺第３項はフィードバック項における積分項である。式（１）中、「Ｋｐ」は比例項のゲインであり、「Ｋｉ」は積分項のゲインである。目標デューティＤ＊は、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとの和（以下、「キャリア周期Ｔｃ」という）に対するオン時間Ｔｏｎの割合としてのデューティＤの目標値である。そして、昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。

D*=VLdet/VH*+Kp・(VH*-VHdet)+Ki・∫(VH*-VHdet)dt (1)

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に、コンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧を検出する電圧センサ４６ａおよびコンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧を検出する電圧センサ４８ａに異常が生じたときの動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される異常時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときに実行される。

図２の異常時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）をオンで保持する（ステップＳ１００）。昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持しているときには、昇圧コンバータ４０は、昇圧動作も降圧動作もしないから、バッテリ３６の実電圧Ｖｂａｃｔと低電圧側電力ライン４４の実電圧ＶＬａｃｔと高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔとが略等しくなると考えられる。

続いて、インバータ３４の制御モードＭｄや変調率Ｒｍを入力する（ステップＳ１１０）。インバータ３４の制御モードＭｄは、ＰＷＭ制御モード（正弦波ＰＷＭ制御モードまたは過変調ＰＷＭ制御モード）と矩形波制御モードとのうち現在の制御モードを入力するものとした。モータ３２の変調率Ｒｍは、上述と同様の手法により演算した値を入力するものとした。ただし、電圧センサ４６ａに異常が生じているから、電圧センサ４６ａからの高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔを用いて変調率Ｒｍを演算することができない。したがって、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオンでの保持によりバッテリ３６の実電圧Ｖｂａｃｔと高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔとが略等しくなると考えられることを踏まえて、高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔの代わりに電圧センサ３６ａからのバッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔを用いて変調率Ｒｍを演算して入力するものとした。なお、この場合、インバータ３４の制御モードＭｄについては、この変調率Ｒｍに基づいて切替を行なうものとした。

そして、インバータ３４の制御モードＭｄを調べると共に（ステップＳ１２０）、インバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードのときには、変調率Ｒｍを閾値Ｒｍｒｅｆと比較する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｒｍｒｅｆは、インバータ３４の制御モードＭｄをＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードに切り替える変調率（略値０．７８）よりも若干小さい値、例えば、値０．７６０や値０．７６５，値０．７７０などを用いることができる。

ステップＳ１２０で制御モードＭｄが矩形波制御モードのときや、ステップＳ１２０で制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードでもステップＳ１３０で変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ未満のときには、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可することなく、ステップＳ１００に戻り、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオンでの保持を継続する。そして、ステップＳ１２０で制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つステップＳ１３０で変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上のときには、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。

インバータ３４を矩形波制御モードで制御するときには、ＰＷＭ制御モードで制御するときに比して制御性が低くなる。また、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するときには、高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔが比較的大きく変動する可能性がある。したがって、インバータ３４を矩形波制御モードで制御しているときに昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始すると、モータ３２の制御性がより低くなってしまう可能性がある。これを踏まえて、実施例では、インバータ３４をＰＷＭ制御により制御しているときに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可するものとした。これにより、モータ３２の制御性をある程度確保することができる。

また、インバータ３４をＰＷＭ制御モードで制御するときにおいて、変調率Ｒｍがそれほど大きくないときには、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を行なわなくても、インバータ３４をＰＷＭ制御モードで制御してモータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動することができる。これを踏まえて、実施例では、変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ未満のとき、即ち、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始する必要がないときには、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可しないものとした。これにより、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を必要としないタイミングでこの昇圧動作を開始するのを抑制することができる。

次に、図２の異常時処理ルーチンで昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可したときの動作について説明する。図３は、電子制御ユニット５０により実行される許可後昇圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、図２の異常時処理ルーチンで昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可した後に、繰り返し実行される。

図３の許可後昇圧制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０は、本ルーチンの初回実行時（図２の異常時処理ルーチンで昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可した直後）であるか否かを判定する（ステップＳ２００）。そして、本ルーチンの初回実行時であると判定したときには、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔや高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を入力する（ステップＳ２１０）。ここで、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔは、電圧センサ３６ａにより検出された値を入力するものとした。高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊は、上述したように、モータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に基づいて設定した値を入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔを高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔに設定する（ステップＳ２２０）。これは、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始直前には、上述したように、バッテリ３６の実電圧Ｖｂａｃｔと低電圧側電力ライン４４の実電圧ＶＬａｃｔと高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔとが略等しくなると考えられるためである。なお、ステップＳ２２０の処理や後述のステップＳ２４０の処理により高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔが得られる場合、インバータ３４の制御モードＭｄについては、高電圧側電力ライン４２の検出電圧ＶＨｄｅｔの代わりに高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔを用いて演算した変調率Ｒｍに基づいて行なうものとした。

続いて、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔと高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊および推定電圧ＶＨｅｓｔとを用いて式（２）により昇圧コンバータ４０の仮デューティＤｔｍｐを演算する（ステップＳ２５０）。ここで、式（２）は、式（１）の左辺の「Ｄ＊」を「Ｄｔｍｐ」に置き換えると共に右辺の「ＶＬｄｅｔ」，「ＶＨｄｅｔ」をそれぞれ「Ｖｂｄｅｔ」，「ＶＨｅｓｔ」に置き換えたものに相当する。

Dtmp=Vbdet/VH*+Kp・(VH*-VHest)+Ki・∫(VH*-VHest)dt (2)

そして、昇圧コンバータ４０の仮デューティＤｔｍｐと単位時間Δｔとを用いて昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊を設定し（ステップＳ２６０）、設定した目標デューティＤ＊を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なって（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。ここで、単位時間Δｔは、実施例では、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの取得間隔を用いるものとした。昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊は、実施例では、上アーム（トランジスタＴ３１）のオン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆが共に単位時間Δｔよりも長くなるように仮デューティＤｔｍｐに対する上下限ガードを施して設定するものとした。

ステップＳ２００で本ルーチンの初回実行時でないと判定したときには、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔや高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊，リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２などを入力する（ステップＳ２３０）。バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔや高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊の入力方法については上述した。リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２は、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔ（実電流ＩＬａｃｔ）の増加時や下降時における単位時間Δｔ当たりの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２として演算された値を入力するものとした。図４は、リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔや単位時間Δｔ，リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２を説明するための説明図である。図中、実線は、リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔを示し、白丸印は、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの取得タイミングおよびそのときのリアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔを示す。

こうしてデータを入力すると、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２と単位時間Δｔとリアクトル４１のインダクタンスＬとを用いて式（３）により高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔを演算する（ステップＳ２４０）。この式（３）は、以下のようにして得られる。リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔの上昇時には、リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔの傾きＳ１と、低電圧側電力ライン４４の実電圧ＶＬａｃｔと、リアクトル４１のインダクタンスＬと、の間に式（４）が成り立つ。また、リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔの下降時には、リアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔの傾きＳ２と、高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔと、低電圧側電力ライン４４の実電圧ＶＬａｃｔと、リアクトル４１のインダクタンスＬと、の間に式（５）が成り立つ。そして、式（４）および式（５）の傾きＳ１，Ｓ２を「ΔＩＬ１／Δｔ」，「ΔＩＬ２／Δｔ」に置き換えると共に式（５）の「ＶＨａｃｔ」を「ＶＨｅｓｔ」に置き換えて、更に、これらの２つの式をまとめると、式（３）が得られる。

VHest=L・(ΔIL1-ΔIL2)/Δｔ (3)
S1=VLact/L (4)
S2=-(VHact-VLact)/L (5)

続いて、上述のステップＳ２５０〜Ｓ２７０の処理により、昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊を設定すると共にこの目標デューティＤ＊を用いて昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なって、本ルーチンを終了する。

こうした制御により、コンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧を検出する電圧センサ４６ａおよびコンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧を検出する電圧センサ４８ａに異常が生じたときでも、高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔを把握して、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を適切に行なうことができる。なお、昇圧コンバータ４０のリアクトル４１の実電流ＩＬａｃｔは、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）および下アーム（トランジスタＴ３２）のオンオフに応じて上昇したり下降したりする。実施例では、上述したように、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオン時間Ｔｏｎおよびオフ時間Ｔｏｆｆが共に単位時間Δｔ（リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの取得間隔）よりも長くなるように昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊を設定することにより、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔの変化量ΔＩＬ１，ΔＩＬ２をより適切に演算することができる。

図５は、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じて昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）のオンでの保持を開始した後の様子の一例を示す説明図である。図示するように、インバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上に至ると（時刻ｔ１０）、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始する。これにより、インバータ３４の制御モードＭｄが矩形波制御モードのときに昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものに比して、モータ３２の制御性の低下を抑制することができる。また、インバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードであれば変調率Ｒｍに拘わらずに昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものに比して、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を必要としないタイミングでこの昇圧動作を開始するのを抑制することができる。なお、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始により、高電圧側電力ライン４２の実電圧ＶＨａｃｔ（推定電圧ＶＨｅｓｔ）が上昇するから、変調率Ｒｍが低下する。そして、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を行なう際には、上述したように、リアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔに基づいて高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔを演算し、演算した推定電圧ＶＨｅｓｔを用いて昇圧コンバータ４０を制御する。これにより、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときでも、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を適切に行なうことができる。

以上説明した実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、電流センサ４１ａからのリアクトル４１の検出電流ＩＬｄｅｔに基づいて高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔを演算し、演算した推定電圧ＶＨｅｓｔを用いて昇圧コンバータ４０を制御する。これにより、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときでも、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を適切に行なうことができる。

しかも、実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）をオンで保持し、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上のときに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始する。これにより、インバータ３４の制御モードＭｄが矩形波制御モードのときに昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものに比して、モータ３２の制御性の低下を抑制することができる。また、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードであれば変調率Ｒｍに拘わらずに昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものに比して、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を必要としないタイミングでこの昇圧動作を開始するのを抑制することができる。

実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、図２の異常時処理ルーチンを用いて説明したように、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持し（ステップＳ１００）、インバータ３４の制御モードＭｄおよび変調率Ｒｍを入力し（ステップＳ１１０）、インバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上のときに（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可する（ステップＳ１４０）ものとした。しかし、図６の変形例の異常時処理ルーチンに示すように、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持し（ステップＳ１００）、インバータ３４の制御モードＭｄおよび車速センサ６８からの車速Ｖを入力し（ステップＳ１１０ｂ）、インバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときに（ステップＳ１２０，Ｓ１３０ｂ）、昇圧コンバータ４０の昇圧動作の開始を許可する（ステップＳ１４０）ものとしてもよい。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、昇圧コンバータ４０の上アーム（トランジスタＴ３１）をオンで保持しているときに、インバータ３４の制御モードＭｄをＰＷＭ制御モードから矩形波制御モードに切り替える車速よりも若干低い値、例えば、変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆに等しいと想定される車速Ｖなどを用いることができる。インバータ３４の制御モードＭｄは、上述したように変調率Ｒｍに応じて切り替えるものの、一般に、車速Ｖが大きいほどモータ３２の回転数Ｎｍが大きくなり、変調率Ｒｍが大きくなりやすい。したがって、変調率Ｒｍと閾値Ｒｍｒｅｆとの比較に代えて、車速Ｖと閾値Ｖｒｅｆとの比較を用いるものとしてもよいのである。

実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上のときに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものとした。また、上述の変形例では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものとした。しかし、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードであれば、変調率Ｒｍや車速Ｖに拘わらずに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものとしてもよい。また、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していれば、インバータ３４の制御モードＭｄに拘わらずに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、一旦、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持し、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持していて且つインバータ３４の制御モードＭｄがＰＷＭ制御モードで且つ変調率Ｒｍが閾値Ｒｍｒｅｆ以上のときに、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を開始するものとした。しかし、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を行なっているときに電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、昇圧コンバータ４０の上アームをオンで保持することなく（昇圧動作を中断することなく）、直ちに高電圧側電力ライン４２の推定電圧ＶＨｅｓｔの演算を開始し、昇圧コンバータ４０の昇圧動作を継続するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、電圧センサ４６ａおよび電圧センサ４８ａに異常が生じたときには、上述の式（２）により昇圧コンバータ４０の仮デューティＤｔｍｐを設定し、この仮デューティＤｔｍｐに基づいて昇圧コンバータ４０の目標デューティＤ＊を設定するものとした。しかし、式（２）において、バッテリ３６の検出電圧Ｖｂｄｅｔを用いるのに代えて、所定電圧Ｖｂ１を用いるものとしてもよい。ここで、所定電圧Ｖｂ１は、例えば、バッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣが或る値（例えば５０％など）のときのバッテリ３６の電圧として実験や解析などにより定められた電圧を用いることができる。

実施例の電気自動車２０では、蓄電装置として、バッテリ３６を用いるものとしたが、バッテリ３６に代えて、キャパシタを用いるものとしてもよい。

実施例では、図１に示したように、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結された駆動軸２６にモータ３２を接続する電気自動車２０の構成とした。しかし、図７に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結された駆動軸２６にモータ３２を接続するのに加えて、駆動軸２６にプラネタリギヤ１２４を介してエンジン１２２およびモータ１３２を接続するハイブリッド自動車１２０の構成としてもよい。この場合、モータ１３２は、高電圧側電力ライン４２に接続されたインバータ１３４により駆動される。また、図８に示すように、駆動輪２２ａ，２２ｂに連結された駆動軸２６とモータ３２との間に変速機２３０を設けると共にモータ３２にクラッチ２２９を介してエンジン２２２を接続するハイブリッド自動車２２０の構成としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、モータ３２が「モータ」に相当し、インバータ３４が「インバータ」に相当し、バッテリ３６が「蓄電装置」に相当し、昇圧コンバータ４０が「昇圧コンバータ」に相当し、電圧センサ４６ａが「第１電圧センサ」に相当し、電圧センサ４８ａが「第２電圧センサ」に相当し、電流センサ４１ａが「電流センサ」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例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、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２，１３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ，３６ｂ 電流センサ、３４，１３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ，４６ａ，４８ａ 電圧センサ、４０ 昇圧コンバータ、４１ リアクトル、４１ａ 電流センサ、４２ 高電圧側電力ライン、４４ 低電圧側電力ライン、４６，４８ コンデンサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、１２０，２２０ ハイブリッド自動車、１２２，２２２ エンジン、１２４ プラネタリギヤ、２３０ 変速機、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ。

Claims (4)

1. 走行用のモータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   蓄電装置と、
   上アームおよび下アームのスイッチング素子とリアクトルとを有し、前記蓄電装置が接続された低電圧側電力ラインの電力を昇圧して前記インバータが接続された高電圧側電力ラインに供給する昇圧動作が可能な昇圧コンバータと、
   前記高電圧側電力ラインの電圧を検出する第１電圧センサと、
   前記低電圧側電力ラインの電圧を検出する第２電圧センサと、
   前記蓄電装置の電圧を検出する第３電圧センサと、
   前記リアクトルの電流を検出電流として検出する電流センサと、
   前記インバータをＰＷＭ制御モードまたは矩形波制御モードで制御すると共に前記昇圧コンバータを制御する制御装置と、
   を備える自動車であって、
   前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記リアクトルの検出電流に基づいて前記高電圧側電力ラインの推定電圧を演算し、前記高電圧側電力ラインの推定電圧を用いて前記昇圧コンバータを制御し、
   更に、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記上アームがオンで保持されるように前記昇圧コンバータを制御し、前記昇圧コンバータの前記上アームをオンで保持していて且つ前記インバータを前記ＰＷＭ制御モードで制御していて且つ前記蓄電装置の電圧を用いて演算される変調率が所定変調率以上のときに、前記昇圧コンバータの昇圧動作を開始する、
   自動車。
2. 請求項１記載の自動車であって、
   前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記リアクトルの検出電流の増加時および下降時における単位時間当たりの変化量に基づいて前記高電圧側電力ラインの推定電圧を演算する、
   自動車。
3. 請求項２記載の自動車であって、
   前記制御装置は、前記単位時間を「Δｔ」とし、前記リアクトルの検出電流の増加時および下降時における前記単位時間当たりの変化量をそれぞれ「ΔＩＬ１」，「ΔＩＬ２」とし、前記リアクトルのインダクタンスを「Ｌ」とし、前記高電圧側電力ラインの推定電圧を「ＶＨｅｓｔ」としたときに、前記高電圧側電力ラインの推定電圧ＶＨｅｓｔは、「ＶＨｅｓｔ＝Ｌ・（ΔＩＬ１−ΔＩＬ２）／Δｔ」により得られる、
   自動車。
4. 請求項２または３記載の自動車であって、
   前記制御装置は、前記高電圧側電力ラインの推定電圧および目標電圧に基づいて目標デューティを設定し、前記目標デューティを用いて前記昇圧コンバータを制御し、
   更に、前記制御装置は、前記第１電圧センサおよび前記第２電圧センサに異常が生じたときには、前記高電圧側電力ラインの推定電圧および目標電圧に基づいて、前記上アームのオン時間およびオフ時間が共に前記単位時間よりも長くなるように前記目標デューティを設定する、
   自動車。
   

Images