JP7290026B2 - 電動機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の制御装置に関する。

従来より、車両に搭載されたセンサに異常が発生した場合において、駆動回路（インバータ）から電動機（モータ）への駆動電流の出力を遮断（シャットダウン）させて、車両の走行を継続させる電動機の制御装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００７－２４４１２６号公報

ところで、センサに異常が発生した場合、制御装置は、通常、所定のフェールセーフ走行（退避走行）にて車両を走行させる。このとき、制御装置は、異常が発生したセンサの値を推定する推定処理を実行し、当該推定処理によって推定されたセンサの値に用いてフェールセーフ走行を行う場合がある。しかし、車両が高速で走行している場合、モータを制御する制御周期が小さいので、上記の推定処理がその制御周期に間に合わない事態が生じ得る。このような事態が生じた場合、駆動回路からモータへ出力される駆動電流が不適切な電流値になることから、車両の走行が不安定になる可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、車両が高速で走行しているときに車両に搭載されたセンサに異常が発生した場合においても、車両を安定して走行させて、その後、フェールセーフ走行に移行させることが可能な電動機の制御装置を提供することである。

本発明の電動機の制御装置（以下、「本発明装置」と称呼される場合がある。）は、
車両に搭載された電動機（２０）と、
前記電動機へ駆動電流を出力して、前記電動機を駆動する駆動回路（３０）と、
前記電動機の駆動状態を表す駆動状態情報を取得する少なくとも１つのセンサ（１６、１７、１８、１９）と、
前記駆動回路を制御する制御部であって、前記センサに異常が発生した場合に、前記車両を所定のフェールセーフ走行にて走行させるように前記駆動回路を制御する制御部（１０）と、
を備える。
前記制御部は、前記センサに異常が発生した場合において、
現時点での前記電動機の制御周期（Ｔｃ）が所定の制御周期閾値（Ｔｅｔｈ）以下であるか否かを判定し、
前記電動機の前記制御周期が前記所定の制御周期閾値以下であるとき（ステップ３２０：Ｙｅｓ）、前記駆動回路から前記電動機への前記駆動電流の出力を遮断し（ステップ３３０）、
その後、前記電動機の前記制御周期が前記所定の制御周期閾値より大きくなったとき（ステップ３２０：Ｎｏ）、前記駆動回路から前記電動機への前記駆動電流の出力を再開する（ステップ３４０）
ように構成されている。

上述したように、車両が高速で走行している状況にてセンサに異常が発生すると、電動機を制御する制御周期が小さいので、センサの値の推定処理がその制御周期に間に合わない事態が生じ得る。このような事態が生じた場合、駆動回路から電動機へ出力される駆動電流が不適切な電流値でなることから、車両の走行が不安定になる可能性がある。これに対し、本発明装置は、電動機の制御周期が所定の制御周期閾値以下であるとき（即ち、車両の車速が比較的高いとき）、駆動回路から電動機への駆動電流の出力を遮断する。従って、電動機の制御周期が小さいときには、駆動回路から電動機へ駆動電流が出力されない。従って、不適切な電流値により電動機が駆動されないので、車両を安定して走行させることができる。更に、本発明装置は、電動機の制御周期が所定の制御周期閾値より大きくなると（即ち、車両の車速が比較的低くなると）、駆動回路から電動機への駆動電流の出力を再開する。これにより、本発明装置は、車両をフェールセーフ走行に移行させることができる。

上記説明においては、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態に対応する発明の構成に対し、その実施形態で用いた名称及び／又は符号を括弧書きで添えている。しかしながら、本発明の各構成要素は、前記名称及び／又は符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る電動機の制御装置の概略構成図である。 図１に示した制御ＥＣＵの機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御ＥＣＵのＣＰＵが実行する「フェールセーフ走行実行ルーチン」を示したフローチャートである。 故障フラグ、車速、モータの制御周期及びモータの駆動電流の出力状況のタイムチャートである。

＜構成＞
本発明の実施形態に係る電動機の制御装置（以下、「本実施装置」とも称呼される。）は、車両に適用される。本例において、車両は、電気自動車である。この場合、車両は、車両駆動源としての電動機によって発生する駆動力により走行する。

車両は、図１に示すように、制御ＥＣＵ１０、モータ（電動機）２０、モータ２０を駆動する駆動回路３０、及び、バッテリ４０を備える。

制御ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータを主要部として備える電気制御装置（Electric Control Unit）である。本明細書において、マイクロコンピュータは、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ及びインターフェース（Ｉ／Ｆ）等を含む。ＣＰＵはＲＯＭに格納されたインストラクション（プログラム、ルーチン）を実行することにより各種機能を実現する。

制御ＥＣＵ１０は、以下に列挙するセンサと接続されていて、それらのセンサの検出信号又は出力信号を受信するようになっている。

アクセルペダル操作量センサ１１は、アクセルペダル１１ａの操作量（即ち、アクセル開度）を検出し、アクセルペダル操作量ＡＰを表す信号を出力するようになっている。
ブレーキペダル操作量センサ１２は、ブレーキペダル１２ａの操作量を検出し、ブレーキペダル操作量ＢＰを表す信号を出力するようになっている。

操舵角センサ１３は、車両の操舵角を検出し、操舵角θを表す信号を出力するようになっている。
操舵トルクセンサ１４は、操舵ハンドルＳＷの操作により車両のステアリングシャフトＵＳに加わる操舵トルクを検出し、操舵トルクＴｒａを表す信号を出力するようになっている。
車速センサ１５は、車両の走行速度（車速）を検出し、車速ＳＰＤを表す信号を出力するようになっている。

なお、上述のセンサ１１乃至１５から出力される「車両の走行状態を表す情報」を「走行状態情報」と称呼する場合がある。

電流センサ１６は、駆動回路３０からモータ２０へ出力される交流電力の電流（駆動電流）を検出し、電流値Ｃｍを表す信号を出力するようになっている。
電圧センサ１７は、駆動回路３０へ供給される直流電力の電圧を検出し、電圧値Ｖｍを表す信号を出力するようになっている。
温度センサ１８は、モータ２０の温度を検出し、温度値Ｔｍを表す信号を出力するようになっている。
レゾルバセンサ１９は、モータ２０の回転角を検出し、回転角θｍを表す信号を出力するようになっている。

なお、上述のセンサ１６乃至１９から出力される「モータ２０の駆動状態を表す情報」を「駆動状態情報」と称呼する場合がある。

モータ２０は、三相交流により駆動する同期発電電動機又は誘導発電電動機等の電動機である。本例においては、モータ２０として、同期発電電動機が用いられる。モータ２０は、車両の車輪を駆動する駆動力を発生させる。

駆動回路３０は、インバータ又はチョッパー回路等の種々の回路を含む。本例では、駆動回路３０は、インバータを含む。駆動回路３０は、例えば、制御ＥＣＵ１０からの指令信号に応じて、直流電流を、モータ２０を駆動する駆動電流（三相交流）に変換して、当該駆動電流をモータ２０へ出力する。更に、駆動回路３０は、回生ブレーキによりモータ２０で発電された交流電流を、バッテリ４０に充電するための直流電流に変換する。更に、後述するように、駆動回路３０は、制御ＥＣＵ１０からの指令信号に応じて、モータ２０を駆動する駆動電流を出力したり、当該駆動電流の出力を遮断したりするようになっている。

バッテリ４０は、充電及び放電が可能な蓄電要素であり、例えば、二次電池である。二次電池として、リチウムイオン電池又はニッケル水素電池が採用されてもよい。バッテリ４０は、車両内の電気負荷に電力を供給するようになっている。

＜制御ＥＣＵの構成＞
図２に示すように、制御ＥＣＵ１０は、機能的にみた場合、故障検出部２０１と、フェールセーフ判定部２０２と、モータ駆動判定部２０３と、モータ制御部２０４と、駆動電流遮断指令部２０５とを備えている。

故障検出部２０１は、上述したセンサ１６乃至１９から検出信号又は出力信号を受信し、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに故障（異常）が発生しているか否かを判定する。故障検出部２０１は、故障フラグに関する信号をフェールセーフ判定部２０２に出力する。故障フラグの値は、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに故障が発生しているとき「１」であり、センサ１６乃至１９の何れにも故障が発生していないとき「０」である。

フェールセーフ判定部２０２は、故障フラグに関する信号を故障検出部２０１から受け取り、フェールセーフ走行を実行するか否かを判定する。フェールセーフ判定部２０２は、故障フラグが「０」であるとき、通常走行を指令する第１指令信号をモータ駆動判定部２０３に出力する。フェールセーフ判定部２０２は、故障フラグが「１」であるとき、フェールセーフ走行を指令する第２指令信号をモータ駆動判定部２０３に出力する。

モータ駆動判定部２０３は、フェールセーフ判定部２０２から、第１指令信号及び第２指令信号の何れかの指令信号を受け取る。モータ駆動判定部２０３は、第１指令信号をフェールセーフ判定部２０２から受け取ったとき、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を指令する出力指令信号を駆動電流遮断指令部２０５に出力するとともに、走行状態情報（例えば、アクセルペダル操作量ＡＰ）に基いて通常の走行を行うことを指令する通常走行指令信号をモータ制御部２０４に出力する。なお、このような状況での車両の走行を「通常走行」と称呼する。

一方、モータ駆動判定部２０３は、第２指令信号をフェールセーフ判定部２０２から受け取ったとき、現時点でのモータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下であるか否かを判定する。所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈは、例えば、９０μｓｅｃである。なお、制御周期閾値Ｔｅｔｈの値は、この例に限定されず、他の値が採用されてもよい。モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下である場合、モータ駆動判定部２０３は、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断する指令である遮断指令信号を駆動電流遮断指令部２０５に出力するとともに、通常走行指令信号をモータ制御部２０４に出力する。

第２指令信号をフェールセーフ判定部２０２から受け取ったとき、モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈよりも大きい場合、モータ駆動判定部２０３は、出力指令信号を駆動電流遮断指令部２０５に出力するとともに、フェールセーフ走行を指令するフェールセーフ走行指令信号をモータ制御部２０４に出力する。

モータ制御部２０４は、モータ駆動判定部２０３から、通常走行指令信号及びフェールセーフ走行指令信号の何れかの指令信号を受け取る。モータ制御部２０４は、モータ駆動判定部２０３から通常走行指令信号を受け取ったとき、走行状態情報（例えば、アクセルペダル操作量ＡＰ）に基いて、モータ２０を駆動する駆動電流（即ち、駆動回路３０が出力する駆動電流）を制御する。モータ制御部２０４においては、車両の車速ＳＰＤが大きいほど、モータ２０を制御する制御周期が小さくなる。例えば、車両が第１車速で走行する場合、モータ２０を制御する制御周期が第１周期であるとする。車両が第１車速よりも大きい第２車速で走行する場合、モータ２０を制御する制御周期が第１周期よりも小さい第２周期になる。

モータ制御部２０４は、モータ駆動判定部２０３からフェールセーフ走行指令信号を受け取ったとき、車両を所定のフェールセーフ走行にて走行させるようにモータ２０を駆動する駆動電流（即ち、駆動回路３０が出力する駆動電流）を制御する。例えば、フェールセーフ走行は、車両の車速を所定の速度（例えば、３０km/h）まで減速させて、その後、車両の車速を所定の速度で維持するような制御である。

なお、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに故障（異常）が発生した場合、モータ制御部２０４は、その異常が発生したセンサの値を推定する推定処理を実行し、当該推定処理によって推定されたセンサの値を利用してフェールセーフ走行を行うようになっている。なお、異常が発生したセンサの値を推定する推定処理は、様々な公知の方法の一つにより行われる（例えば、特開２００２－１３６１７１号公報及び特開２０１７－０８７８４０号公報等を参照。）。

駆動電流遮断指令部２０５は、モータ駆動判定部２０３から出力指令信号を受け取ると、駆動回路３０を制御して、駆動電流をモータ２０へ出力する。一方、駆動電流遮断指令部２０５は、モータ駆動判定部２０３から遮断指令信号を受け取ると、駆動回路３０を制御して、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断する。この場合、駆動電流が駆動回路３０からモータ２０へ出力されないので、車両の車速は徐々に小さくなる。このような状況（駆動電流が駆動回路３０からモータ２０へ出力されない状況）での車両の走行を「特定走行」と称呼する。

＜作動の概要＞
本実施装置の作動の概要を説明する。上述したように、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生した場合、その異常が発生したセンサの値を推定してフェールセーフ走行を行う。しかし、車両が高速で走行している場合、モータ２０を制御する制御周期が小さいので、上記の推定処理がその制御周期に間に合わない事態が生じ得る。このような事態が生じた場合、駆動回路３０からモータ２０へ出力される駆動電流が不適切な電流値になることから、車両の走行が不安定になる可能性がある。

そこで、本実施装置は、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生した場合、現時点でのモータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下であるか否かを判定する。モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下である場合、本実施装置は、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断する。これにより、車両は特定走行にて走行する。その後、モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈよりも大きくなると、本実施装置は、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を再開する。これにより、本実施装置は、車両をフェールセーフ走行に移行させることができる。

＜本実施装置の具体的作動＞
次に、制御ＥＣＵ１０のＣＰＵ（単に「ＣＰＵ」と称呼する。）の具体的作動について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図３にフローチャートにより示した「フェールセーフ走行実行ルーチン」を実行するようになっている。なお、ＣＰＵは、図示しないルーチンを所定時間が経過する毎に実行することにより、センサ１６乃至１９から駆動状態情報を取得して、当該情報をＲＡＭに格納している。

従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは、ステップ３００から図３のルーチンを開始してステップ３１０に進み、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生しているか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは故障フラグが「１」であるか否かを判定する。

現時点が、図４に示した時点ｔ０であるとする。この時点ｔ０にて、車両の車速ＳＰＤは１００km/hである。モータ２０の制御周期Ｔｃは７０μｓｅｃである。そして、故障フラグが「０」である。駆動回路３０は駆動電流をモータ２０に出力している。以上から、時点ｔ０にて、車両は通常走行にて走行している。このような場合、ＣＰＵはステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。

現時点が、時点ｔ０からある時間が経過した時点ｔ１であると仮定する。時点ｔ１にて、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生したことから、故障フラグが「１」になる。従って、ＣＰＵが時点ｔ１にて図３のルーチンを開始してステップ３１０に進むと、ＣＰＵはそのステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２０に進む。ＣＰＵは、ステップ３２０にて、現時点でのモータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下であるか否かを判定する。

時点ｔ１にて、モータ２０の制御周期Ｔｃは７０μｓｅｃである。現時点でのモータ２０の制御周期Ｔｃは所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ（９０μｓｅｃ）よりも小さいので、ＣＰＵはステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３３０に進み、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断する。その後、ＣＰＵはステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。これにより、車両は特定走行にて走行する。これにより、車両の車速ＳＰＤが徐々に小さくなり、従って、モータ２０の制御周期Ｔｃも徐々に大きくなる。

現時点が、時点ｔ１からある時間が経過した時点ｔ２であると仮定する。ＣＰＵが時点ｔ２にて図３のルーチンをステップ３００から開始すると、ＣＰＵはステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２０に進む。時点ｔ２にて、モータ２０の制御周期Ｔｃは所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ（９０μｓｅｃ）よりも大きい。従って、ＣＰＵはステップ３２０にて「Ｎｏ」と判定して以下の述べるステップ３４０及びステップ３５０の処理を順に行う。その後、ＣＰＵはステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ３４０：ＣＰＵは、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を再開する。
ステップ３５０：ＣＰＵは、車両を所定のフェールセーフ走行にて走行させるように駆動回路３０を制御する。フェールセーフ走行により、車両の車速が所定の速度（３０km/h）まで徐々に小さくなり、その後、車両の車速ＳＰＤが所定の速度で維持される。

次に、本実施装置の効果について説明する。本実施装置は、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生した場合において、モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈ以下であるとき、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断する。従って、モータ２０の制御周期Ｔｃが小さいときには、駆動回路３０からモータ２０へ駆動電流が出力されない。従って、不適切な電流値により電動機が駆動されないので、車両を安定して走行させることができる。更に、本実施装置は、センサ１６乃至１９の少なくとも１つに異常が発生した場合において、モータ２０の制御周期Ｔｃが所定の制御周期閾値Ｔｅｔｈより大きくなると、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を再開する。これにより、本実施装置は、車両をフェールセーフ走行に移行させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

なお、車両は、ハイブリッド車両であってもよい。この場合、車両は、車両駆動源としての「内燃機関及び電動機」の何れか一方又は両方によって発生する駆動力により走行する。この構成において、制御ＥＣＵ１０は、駆動回路３０からモータ２０への駆動電流の出力を遮断した時点（ステップ３４０）から、内燃機関を制御して車両を走行させてよい。この場合、制御ＥＣＵ１０は、内燃機関が発生させる駆動力を抑制して、車両の車速ＳＰＤを減速させてもよい。

１０…制御ＥＣＵ、１１…アクセルペダル操作量センサ、１２…ブレーキペダル操作量センサ、１３…操舵角センサ、１４…操舵トルクセンサ、１５…車速センサ、１６…電流センサ、１７…電圧センサ、１８…温度センサ、１９…レゾルバセンサ、２０…モータ、３０…駆動回路、４０…バッテリ。

Claims (1)

1. 車両に搭載された電動機と、
   前記電動機へ駆動電流を出力して、前記電動機を駆動する駆動回路と、
   前記電動機の駆動状態を表す駆動状態情報を取得する少なくとも１つのセンサと、
   前記駆動回路を制御する制御部であって、前記センサに異常が発生した場合に、前記車両を所定のフェールセーフ走行にて走行させるように前記駆動回路を制御する制御部と、
   備え、
   前記制御部は、前記センサに異常が発生した場合において、
   現時点での前記電動機の制御周期が所定の制御周期閾値以下であるか否かを判定し、
   前記電動機の前記制御周期が前記所定の制御周期閾値以下であるとき、前記駆動回路から前記電動機への前記駆動電流の出力を遮断し、
   その後、前記電動機の前記制御周期が前記所定の制御周期閾値より大きくなったとき、前記駆動回路から前記電動機への前記駆動電流の出力を再開する
   ように構成された
   電動機の制御装置。
   
   

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