JP2017017888A - インバータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータの駆動にかかわる異常が生じた場合であっても、車両を適切に退避走行させることができるインバータの制御装置を提供する。【解決手段】モータジェネレータの駆動にかかわる異常が生じているか否かを判定Ｓ１０し、車両の走行中において異常が生じていると判定されている期間に渡って、車両の走行のためにモータジェネレータを駆動させることを条件として、モータジェネレータの実際の出力トルクを強制的に低下させる。異常が生じていると判定されている状態が閾値時間ＴＢにわたって継続Ｓ１４した場合、モータジェネレータの駆動を停止Ｓ１５させる。【選択図】図３

Description

本発明は、車載主機として回転電機のみを備える車両に適用され、前記回転電機に電気的に接続されたインバータの制御装置に関する。

この種の制御装置としては、下記特許文献１に見られるように、駆動輪のホイール内部又は駆動輪の近傍に配置された回転電機のみを車載主機とし、この回転電機により駆動輪を直接駆動する電気自動車に適用されるものが知られている。詳しくは、この制御装置は、車両の走行中において回転電機に故障が生じたと判定した場合、インバータの操作により、車両の停止が確認されるまで回転電機の制御を停止させる。そして、制御装置は、車両の停止が確認された後に回転電機の停止解除が要求されたと判定した場合、ブレーキによって車両の動作を阻止した状態で、回転電機の故障を再度判定する。

特開２０１２−１９１７５１号公報

車載主機として回転電機のみを備える車両では、回転電機の駆動にかかわる異常が生じた場合に回転電機の駆動が停止されると、車両の駆動力がなくなる。このため、回転電機の駆動停止後、車両を適切に退避走行させることができなくなる懸念がある。

本発明は、回転電機の駆動にかかわる異常が生じた場合であっても、車両を適切に退避走行させることができるインバータの制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、車載主機として回転電機（１１）のみを備える車両（１０）に適用され、前記回転電機の出力トルク又は前記出力トルクと正の相関を有するパラメータを制御量とし、前記制御量をその目標値に制御すべく、前記回転電機に電気的に接続されたインバータ（１２）を操作するインバータ操作部と、前記回転電機の駆動にかかわる異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、前記車両の走行中において前記異常判定部によって異常が生じていると判定されている期間に渡って、前記車両の走行のために前記回転電機を駆動させることを条件として、前記回転電機の実際の出力トルクを強制的に低下させるトルク低下部と、前記異常判定部によって異常が生じていると判定されている状態が閾値時間継続された場合、前記回転電機の駆動を停止させる駆動停止部と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、車両の走行中において、車載主機である回転電機の駆動にかかわる異常が生じていると異常判定部によって判定されている状態が閾値時間継続された場合、回転電機の駆動を停止させる。このため、回転電機の駆動にかかわる異常が生じていると判定された場合に回転電機の駆動を即停止させる構成と比較して、車両を退避走行させるための動力源を確保することができる。

上記異常が生じている状況下において車両を退避走行させる場合には、車速が低くされる。ここで、車速が低い場合、車速が高い場合よりも車両に生じる振動が大きくなるといった問題が生じ得る。この振動の発生要因には、回転電機のトルク変動が含まれる。退避走行を行うべき状況下において、車両の振動が大きくなると、ドライバに不安感を与える懸念がある。そこで上記発明では、車両の走行中において異常判定部によって異常が生じていると判定されている期間に渡って、車両の走行のために回転電機を駆動させることを条件として、回転電機の実際の出力トルクを強制的に低下させる。出力トルクを低下させることにより、回転電機のトルク変動を低減できる。このため、退避走行を行うべき状況下において、ドライバに不安感を与えることを回避できる。

このように上記発明によれば、車両を退避走行させるための動力源を確保しつつ、退避走行を行うべき状況下において、ドライバに不安感を与えることを回避できる。これにより、車両を適切に退避走行させることができる。

第１実施形態にかかる車載システムの全体構成図。 トルク制御処理を示すブロック図。 フェールセーフ処理の手順を示すフローチャート。 車速とトルク制限係数との関係を示す図。 電圧位相、モータトルク及びモータ回転速度の関係を示す図。 モータ回転速度とモータ最大トルクとの関係を示す図。 車速と車両感度との関係を示す図。 仮異常判定から本異常判定に移行する場合のフェールセーフ処理の一例を示すタイムチャート。 仮異常判定から通常制御に移行する場合のフェールセーフ処理の一例を示すタイムチャート。 第２実施形態にかかるトルク制御処理を示すブロック図。 車速とフィードバックゲインとの関係を示す図。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を、車載主機として回転電機のみを備える電気自動車に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかる車両１０は、１つのモータジェネレータ１１、インバータ１２、ＥＶＥＣＵ２０、及びＩＮＶＥＣＵ３０を備えている。本実施形態では、モータジェネレータ１１として、永久磁石同期機を用いており、より具体的には、突極機であるＩＰＭＳＭを用いている。

車両１０は、駆動輪１３、従動輪１４、電動パワーステアリング装置１５、及びブレーキ装置１６を備えている。駆動輪１３には、デファレンシャルギア１７を介して、モータジェネレータ１１のロータに連結された出力軸１１ａが機械的に接続されている。ここで本実施形態では、出力軸１１ａと駆動輪１３との間を接続する動力伝達経路に、変速装置が備えられていない。なお本実施形態では、駆動輪１３が前輪であり、従動輪１４が後輪である。

電動パワーステアリング装置１５は、操舵輪としての駆動輪１３の操舵角を操作するハンドルと、操舵用電動機とを備えている。操舵用電動機は、ハンドルの操作力を補助する操舵力を発生する。

ブレーキ装置１６は、ドライバのブレーキペダルの踏み込み動作を補助するマスターバックと、電動ポンプとを備え、駆動輪１３及び従動輪１４にブレーキ力を付与する。電動ポンプは、マスターバックにおけるブレーキ用の負圧を発生させる。

モータジェネレータ１１のステータ巻線の各相には、インバータ１２が電気的に接続されている。インバータ１２は、上アームスイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐと下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとの直列接続体を３組備えている。上アームスイッチ及び下アームスイッチの直列接続体には、直流電源としてのバッテリ１８が接続されている。

Ｕ相上，下アームスイッチＳｕｐ，Ｓｕｎの接続点には、ステータ巻線のＵ相が接続されている。Ｖ相上，下アームスイッチＳｖｐ，Ｓｖｎの接続点には、ステータ巻線のＶ相が接続されている。Ｗ相上，下アームスイッチＳｗｐ，Ｓｗｎの接続点には、ステータ巻線のＷ相が接続されている。ちなみに本実施形態では、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、より具体的には、ＩＧＢＴを用いている。そして、各スイッチＳｕｐ，Ｓｖｐ，Ｓｗｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎには、各フリーホイールダイオードＤｕｐ，Ｄｖｐ，Ｄｗｐ，Ｄｕｎ，Ｄｖｎ，Ｄｗｎが逆並列に接続されている。

車両１０は、電圧センサ２１、相電流センサ２２、回転角センサ２３、温度センサ２４、及び速度センサ２５を備えている。電圧センサ２１は、インバータ１２に入力されるバッテリ１８の電圧を検出する。相電流センサ２２は、モータジェネレータ１１に流れる３相固定座標系における各相電流のうち、少なくとも２相の電流を検出する。回転角センサ２３は、モータジェネレータ１１の電気角を検出する。本実施形態では、回転角センサ２３として、レゾルバを用いている。

温度センサ２４は、インバータ１２を構成するスイッチを温度検出対象とする。本実施形態では、各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎのうちインバータ１２の駆動時において最も温度が高くなると想定される１つのスイッチを温度検出対象としている。速度センサ２５は、車速を検出可能なものであればよく、例えば、ＡＢＳ用の車輪速センサを用いることができる。

ＥＶＥＣＵ２０は、車両制御を統括する電子制御装置である。ＥＶＥＣＵ２０は、ドライバによるアクセルペダルの踏み込み量に基づいて、モータジェネレータ１１の目標トルクＴｒｑを設定する目標値設定部を含む。ＥＶＥＣＵ２０は、設定した目標トルクＴｒｑ、及び速度センサ２５によって検出された車速Ｖｓを、ＩＮＶＥＣＵ３０に対して出力する。

ＩＮＶＥＣＵ３０は、ＥＶＥＣＵ２０よりも下位の電子制御装置である。ＩＮＶＥＣＵ３０には、電圧センサ２１、相電流センサ２２、回転角センサ２３及び温度センサ２４の検出値が入力される。なお本実施形態において、ＩＮＶＥＣＵ３０がインバータ操作部を含む。

続いて、図２を用いて、本実施形態にかかるモータジェネレータ１１のトルク制御について説明する。本実施形態では、モータジェネレータ１１に流れる電流を指令電流に制御することにより、モータジェネレータ１１の出力トルクを目標トルクＴｒｑに制御する電流フィードバック制御を行う。

２相変換部３０ａは、相電流センサ２２によって検出された相電流と、回転角センサ２３によって検出された電気角θとに基づいて、３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相電流を、２相回転座標系であるｄｑ座標系におけるｄ軸電流Ｉｄｒ及びｑ軸電流Ｉｑｒに変換する。速度算出部３０ｂは、電気角θに基づいて、モータジェネレータ１１の電気角速度ωを算出する。

温度係数設定部３０ｃは、温度センサ２４によって検出された温度（以下「素子温度ＴＤ」という。）に基づいて、目標トルクＴｒｑを補正するための温度係数Ｋｔを可変設定する。温度係数設定部３０ｃは、インバータ１２を構成する各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎを過熱から保護すべく、素子温度ＴＤが高い場合に目標トルクＴｒｑを低下させるための処理部である。本実施形態において、温度係数設定部３０ｃは、素子温度ＴＤが０よりも高い第１規定温度Ｔ１以下であると判定した場合、温度係数Ｋｔを１に設定する。この場合、目標トルクＴｒｑが制限されない。温度係数設定部３０ｃは、素子温度ＴＤが第１規定温度Ｔ１よりも高くてかつ第２規定温度Ｔ２未満であると判定した場合、素子温度ＴＤが高いほど温度係数Ｋｔを小さく設定する。温度係数設定部３０ｃは、素子温度ＴＤが第２規定温度Ｔ２以上であると判定した場合、温度係数Ｋｔを０に設定する。この場合、目標トルクＴｒｑが０とされ、モータジェネレータ１１の駆動が停止される。

温度乗算部３０ｄは、ＥＶＥＣＵ２０によって設定された目標トルクＴｒｑに温度係数Ｋｔを乗算して出力する。フェールセーフ部３０ｅは、トルク制限係数Ｋｖに基づいて、ＥＶＥＣＵ２０によって設定された目標トルクＴｒｑを補正する。フェールセーフ部３０ｅは、補正した目標トルク「（１−Ｋｖ）×Ｔｒｑ」を出力する。なお、フェールセーフ部３０ｅが行う処理については、後に詳述する。また本実施形態において、温度係数設定部３０ｃ及び温度乗算部３０ｄが温度補正部に相当する。

選択部３０ｆは、温度乗算部３０ｄの出力値「Ｋｔ×Ｔｒｑ」と、フェールセーフ部３０ｅの出力値「（１−Ｋｖ）×Ｔｒｑ」とのうち、小さい方を目標補正トルクＴｔｇｔとして出力する。指令電流設定部３０ｇは、選択部３０ｆから出力された目標補正トルクＴｔｇｔに基づいて、ｄ，ｑ軸指令電流Ｉｄ＊，Ｉｑ＊を設定する。

ｄ軸偏差算出部３０ｈは、指令電流設定部３０ｇによって設定されたｄ軸指令電流Ｉｄ＊からｄ軸電流Ｉｄｒを減算した値として、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを算出する。ｑ軸偏差算出部３０ｉは、指令電流設定部３０ｇによって設定されたｑ軸指令電流Ｉｑ＊からｑ軸電流Ｉｑｒを減算した値として、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを算出する。

ｄ軸指令電圧算出部３０ｊは、ｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ｄ軸電流Ｉｄｒをｄ軸指令電流Ｉｄ＊にフィードバック制御するための操作量として、ｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。本実施形態では、下式（ｅｑ１）に示すように、ｄ軸電流偏差ΔＩｄを入力とする比例積分制御によってｄ軸指令電圧Ｖｄ＊を算出する。

上式（ｅｑ１）において、Ｋｐは比例ゲインを示し、Ｋｉは積分ゲインを示す。

ｑ軸指令電圧算出部３０ｋは、ｑ軸電流偏差ΔＩｑに基づいて、ｑ軸電流Ｉｑｒをｑ軸指令電流Ｉｑ＊にフィードバック制御するための操作量として、ｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。本実施形態では、下式（ｅｑ２）に示すように、ｑ軸電流偏差ΔＩｑを入力とする比例積分制御によってｑ軸指令電圧Ｖｑ＊を算出する。

なお本実施形態では、ｄ軸指令電圧算出部３０ｊにおけるフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉと、ｑ軸指令電圧算出部３０ｋにおけるフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉとを同一に設定している。

３相変換部３０ｌは、ｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊、電圧センサ２１によって検出された電圧（以下「電源電圧ＶＩＮＶ」という。）、及び電気角θに基づいて、ｄｑ座標系におけるｄ，ｑ軸指令電圧Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を、３相固定座標系におけるＵ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に変換する。本実施形態において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊は、電気角で位相が互いに１２０°ずつずれた正弦波状又は矩形状の波形となる。

操作部３０ｍは、３相変換部３０ｌから出力された各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊に基づいて、各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎをオンオフするための各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを生成する。操作部３０ｍは、生成した各操作信号ｇｕｐ，ｇｕｎ，ｇｖｐ，ｇｖｎ，ｇｗｐ，ｇｗｎを各スイッチＳｕｐ，Ｓｕｎ，Ｓｖｐ，Ｓｖｎ，Ｓｗｐ，Ｓｗｎに対して出力する。ここで各操作信号ｇｕｐ〜ｇｗｎは、例えば、三角波信号等のキャリア信号と各相指令電圧Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊との大小比較に基づいて生成すればよい。上アーム側の駆動信号ｇｕｐ，ｇｖｐ，ｇｗｐと、対応する下アーム側の駆動信号ｇｕｎ，ｇｖｎ，ｇｗｎとは、互いに相補的な信号となっている。このため、上アームスイッチＳｕｐ、Ｓｖｐ，Ｓｗｐと、対応する下アームスイッチＳｕｎ，Ｓｖｎ，Ｓｗｎとは、交互にオンとされる。

続いて、フェールセーフ部３０ｅが行うフェールセーフ処理について説明する。フェールセーフ部３０ｅは、モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常が生じた場合において、車両１０を適切に退避走行させるために備えられている。

図３に、フェールセーフ部３０ｅが行う処理の手順を示す。この処理は、フェールセーフ部３０ｅによって繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常が生じているか否かを判定する。本実施形態では、相電流センサ２２によって検出された相電流が実際の相電流からずれている電流検出値異常、回転角センサ２３によって検出された電気角θが実際の電気角からずれている角度検出値異常、及び素子温度ＴＤが実際のスイッチの温度からずれている温度検出値異常のうち、いずれかが生じているか否かを判定する。電流検出値異常、角度検出値異常及び温度検出値異常のそれぞれには、センサそのものの異常と、センサ及びＩＮＶＥＣＵ３０を電気的に接続する信号線の断線異常とが含まれる。なお本実施形態において、本ステップの処理が異常判定部に相当する。

続くステップＳ１１では、仮異常判定し、仮異常フラグＦａを０から１に切り替える。また、図４に示すように、速度センサ２５によって検出された車速Ｖｓが低いほど、目標トルクＴｒｑを補正するためのトルク制限係数Ｋｖを大きく設定する。詳しくは、車速Ｖｓが０の場合、トルク制限係数Ｋｖを１に設定し、車速Ｖｓが０よりも高い第１車速（例えば１０ｋｍ／ｈ）の場合、トルク制限係数Ｋｖを１よりも小さい第１係数（例えば０．９）に設定する。また、車速Ｖｓが第１車速よりも高い第２車速（例えば３０ｋｍ／ｈ）の場合、トルク制限係数Ｋｖを第１係数よりも小さい第２係数（例えば０．６）に設定し、車速Ｖｓが第２車速よりも高い第３車速（例えば８０ｋｍ／ｈ）の場合、トルク制限係数Ｋｖを第２係数よりも小さい第３係数（例えば０．２）に設定する。車速Ｖｓが第３車速以下であってかつ、車速Ｖｓが０、第１車速及び第２車速以外の値となる場合、直線補間にてトルク制限係数Ｋｖを設定する。そして、設定したトルク制限係数Ｋｖを「（１−Ｋｖ）×Ｔｒｑ」に入力することにより、目標トルクＴｒｑを強制的に低下させる。なお本実施形態では、車速Ｖｓが第３速度よりも高い場合、トルク制限係数Ｋｖを０に設定する。この場合、フェールセーフ部３０ｅにおいて、目標トルクＴｒｑは制限されない。

ちなみに、角度検出値異常が生じていない場合、回転角センサ２３によって検出された電気角θに基づいて車速を算出し、算出した車速を用いてトルク制限係数Ｋｖを設定してもよい。

トルク制限係数Ｋｖの設定処理は、トルク低下部に相当し、モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常判定がされている状況下において車両１０を退避走行させる場合、ドライバに不安感を与えることを回避するための処理である。

モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常が生じている状況下において、車速が低いほど、車両１０に生じる振動が大きくなる。本実施形態において、振動が大きくなる要因には、モータジェネレータ１１にかかわる要因と、車両１０にかかわる要因とが含まれる。

まず、モータジェネレータ１１にかかわる要因について説明する。図５に、インバータ１２の出力電圧ベクトルの位相である電圧位相と、モータジェネレータ１１の出力トルクとの関係を示す。ここで、出力電圧ベクトルは、ｄ軸電圧及びｑ軸電圧によって規定され、電圧位相は、例えば、ｄｑ座標系のｄ軸の正方向と出力電圧ベクトルとのなす角度のことである。本実施形態において、電圧位相は、ｄｑ座標系において、ｄ軸を基準として反時計回りの方向が正方向として定義されている。

図５に示すように、モータジェネレータ１１の出力トルクの最大値は、モータジェネレータ１１の回転速度Ｎｍが低いほど大きくなる。これは、図６に示すように、回転速度Ｎｍが高いほど、モータジェネレータ１１の出力トルクの最大値が小さくなるためである。ただし、図５に示すように、出力トルクが最大値となる電圧位相は、回転速度Ｎｍにかかわらず大きく変化しない。このため、電圧位相の変化に対する出力トルクの変化量は、回転速度Ｎｍが低いほど大きくなる。

したがって、角度検出値異常が生じる場合において、検出された電気角θと実際の電気角とのずれが出力トルクに及ぼす影響は、回転速度Ｎｍが低いほど大きくなる。出力トルクに及ぼす影響が大きくなると、ｄ，ｑ軸電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの変動が大きくなり、その結果出力トルクの変動が大きくなる。また、電流検出値異常が生じる場合にも、ｄ，ｑ軸電流偏差ΔＩｄ，ΔＩｑの変動が大きくなることにより、出力トルクの変動が大きくなる。出力トルクの変動が大きくなると、車両１０の振動が大きくなり、ドライバに不安感を与える。

なお、温度検出値異常が生じると、例えば素子温度ＴＤが第１規定温度Ｔ１と第２規定温度Ｔ２との間で変動することにより、温度係数Ｋｔが変動する。その結果、温度乗算部３０ｄの出力値が大きく変動する。この場合にも、目標補正トルクＴｔｇｔが大きく変動し、ドライバに不安感を与える。

続いて、車両にかかわる要因について説明する。図７に、モータジェネレータ１１の出力トルクを同一にすることにより車両１０の駆動力を同一にした状態における車速と車両感度との関係を示す。ここで車両感度とは、例えば、路面から車輪を介して車体に入力される力に対する車両１０の加速度のことである。上記加速度は、車両１０の上下方向、左右方向及び前後方向のそれぞれの加速度のうち少なくとも１つを含む。図示されるように、車両１０は、車速が低いほど、車両感度が高くなる特性を有している。このため、車速が低いほど、車両１０に生じる振動が大きくなる。退避走行が行われる場合、車速が低くされる。このため、退避走行が行われる場合、車両１０に生じる振動が大きくなり、ドライバに不安感を与える。

先の図３の説明に戻り、続くステップＳ１２では、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから規定時間ＴＡが経過したか否かを判定する。なお、規定時間ＴＡは、例えば数十ｍｓｅｃに設定されている。

ステップＳ１２において、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから規定時間ＴＡが経過する前に、異常が生じていない旨の判定に切り替わったと判定した場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、現在のトルク制限係数Ｋｖを０まで徐々に低下させる徐変処理を行う。これにより、フェールセーフ部３０ｅの出力値「（１−Ｋｖ）×Ｔｒｑ」は、ＥＶＥＣＵ２０によって設定された目標トルクＴｒｑまで徐々に増加する。またステップＳ１３では、仮異常判定を解除し、仮異常フラグＦａを１から０に切り替える。なお本実施形態において、本ステップの処理が解除部に相当する。

一方、ステップＳ１２において、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから規定時間ＴＡが経過したと判定した場合には、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢが経過したか否かを判定する。閾値時間ＴＢは、規定時間ＴＡよりも長く設定されており、例えば数百ｍｓｅｃに設定されている。

ステップＳ１４において、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから規定時間ＴＡが経過したものの、異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢが経過する前に、異常が生じていない旨の判定に切り替わったと判定した場合には、ステップＳ１３に進む。一方、ステップＳ１４において、ステップＳ１０で異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢが経過したと判定した場合には、ステップＳ１５に進み、本異常判定し、本異常フラグＦｂを０から１に切り替える。また、目標トルクＴｒｑを補正するためのトルク制限係数Ｋｖを０に設定することにより、モータジェネレータ１１の駆動を停止させる。なお本実施形態では、ステップＳ１４において、異常が生じている旨をドライバに通知する処理も行う。また本実施形態において、トルク制限係数Ｋｖを０に設定する処理が駆動停止部に相当する。

続いて図８及び図９に示すタイムチャートを用いて、フェールセーフ処理について説明する。ここで、図８（ａ），図９（ａ）はモータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常の有無の推移を示し、図８（ｂ），図９（ｂ）は仮異常フラグＦａの値の推移を示し、図８（ｃ），図９（ｃ）は本異常フラグＦｂの値の推移を示す。図８（ｄ），図９（ｄ）はトルク制限係数Ｋｖを百分率で表示した値の推移を示し、図８（ｅ），図９（ｅ）は車速Ｖｓの推移を示し、図８（ｆ），図９（ｆ）はｑ軸電流Ｉｑの推移を示す。図８（ｇ），図９（ｇ）は電動パワーステアリング装置１５によって補助される操舵力の推移を示し、図８（ｈ），図９（ｈ）はブレーキ装置１６が車輪に付与するブレーキ力の推移を示す。

まず、図８を用いて説明する。図８は、３０ｋｍ／ｈ付近で車両１０を走行させている状態から退避走行に移行する場合のフェールセーフ処理を示す。

異常が生じることにより、図８（ｆ）に示すように、ｑ軸電流Ｉｑの変動が大きくなる。時刻ｔ１において、異常が生じていると判定され始める。このため、その後時刻ｔ２において、仮異常フラグＦａの値が０から１に切り替えられるとともに、車速Ｖｓに基づいてトルク制限係数Ｋｖが設定される。これにより、その後、目標トルクＴｒｑに対してモータジェネレータ１１の出力トルクが強制的に低下させられる。その結果、出力トルクのピークを低減させることができ、車両の振動を低減させることができる。なお図８では、便宜上、時刻ｔ２〜ｔ３の期間において、トルク制限係数Ｋｖを車速Ｖｓに依存しない一定値として示している。

時刻ｔ１から閾値時間ＴＢが経過するまで継続して異常が生じていると判定されることにより、時刻ｔ３において本異常フラグＦｂの値が０から１に切り替えられる。このため、トルク制限係数Ｋｖが０に設定され、目標補正トルクＴｔｇｔが０となる。これにより、モータジェネレータ１１の駆動が停止される。ここでは、モータジェネレータ１１の駆動が停止される直前まで出力トルクが制限されていることにより、トルク制限係数Ｋｖが０に設定される直前におけるフェールセーフ部３０ｅの出力値「（１−Ｋｖ）×Ｔｒｑ」と０との差を小さくできる。その結果、モータジェネレータ１１の駆動が停止されることに伴って生じるショックを低減することができる。

ちなみに本実施形態では、モータジェネレータ１１の駆動が停止された後も、電動パワーステアリング装置１５及びブレーキ装置１６に対する通電が継続されている。このため、時刻ｔ３以降の退避走行時において、電動パワーステアリング装置１５によりハンドル操作がアシストされ、ブレーキ装置１６によりブレーキ操作がアシストされる。その結果、ドライバに退避走行を安全に行わせることができる。

続いて、図９を用いて説明する。図９は、８０ｋｍ／ｈ付近で車両１０を高速走行させている場合のフェールセーフ処理を示す。

時刻ｔ１において異常が生じていると判定され始める。その後時刻ｔ２において、仮異常フラグＦａの値が０から１に切り替えられるとともに、車速Ｖｓに基づいてトルク制限係数Ｋｖが設定される。ここで時刻ｔ１において生じた異常は、一時的な異常である。一時的な異常には、例えば、相電流センサ２２、回転角センサ２３及び温度センサ２４のいずれかの検出値に一時的にノイズが重畳する異常と、ＩＮＶＥＣＵ３０に供給される電力が一時的に中断されるいわゆる瞬断とが含まれる。

このため、時刻ｔ１から閾値時間ＴＢが経過する前の時刻ｔ３において、一時的な異常が解消し、異常が生じていないと判定される。これにより、仮異常フラグＦａの値が１から０に切り替えられるとともに、徐変処理が開始される。徐変処理により、ドライバの意図しない車両の加速であるいわゆるオーバーランの発生を抑制する。その後、トルク制限係数Ｋｖが０になることにより、車両制御が通常制御に移行する。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

車両１０の走行中において、相電流センサ２２、回転角センサ２３又は温度センサ２４にかかわる異常が生じていると判定されている状態が閾値時間ＴＢ継続された場合、トルク制限係数Ｋｖを０とすることにより、モータジェネレータ１１の駆動を停止させた。このため、砂漠地帯や極寒地帯等、過酷な環境下を車両１０が走行中に上記異常が生じた場合であっても、車両１０を退避走行させるための動力源を確保することができる。

また、車両１０の走行中において上記異常が生じていると判定されている期間に渡って、目標補正トルクＴｔｇｔを０よりも大きな値にすることを条件として、目標補正トルクＴｔｇｔを強制的に低下させた。このため、退避走行を行うべき状況下において、車両１０の振動を低減することができ、ドライバに不安感を与えることを回避できる。したがって、車両１０を適切に退避走行させることができる。

相電流センサ２２、回転角センサ２３又は温度センサ２４にかかわる異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢ経過する前に、異常が生じていないとの判定に切り替わった場合、目標トルクＴｒｑの強制的な低下を解除した。異常には、瞬断などの一時的な異常もある。このため、フェールセーフ部３０ｅによって異常が生じたと一旦判断されたとしても、その後異常が生じていない状態に戻ることもある。このため本実施形態によれば、一時的な異常に対してモータジェネレータ１１の駆動が停止され、車両１０が停止することを回避できる。これにより、車両１０の走行を継続させることができる。

異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢが経過する前に、異常が生じていないとの判定に切り替わった場合、トルク制限係数Ｋｖを０まで徐々に低下させた。このため、モータジェネレータ１１の出力トルクの強制的な低下が解除される直前の出力トルクを徐々に目標トルクＴｒｑに近づけることができる。これにより、出力トルクの強制的な低下が解除されることに伴いショックが生じることを回避でき、オーバーランの発生を抑制することができる。

異常が生じていると判定され始めてから閾値時間ＴＢが経過するまでの期間に渡って継続して目標トルクＴｒｑを強制的に低下させた。このため、モータジェネレータ１１の駆動が停止される直前の出力トルクと０との差を小さくできる。これにより、モータジェネレータ１１の駆動が停止されることに伴い生じるショックを低減することができる。ここでは、車速Ｖｓが低いほど、トルク制限係数Ｋｖを大きく設定していることが、モータジェネレータ１１の駆動が停止されることに伴い生じるショックの低減効果を大きくしている。

モータジェネレータ１１の出力軸１１ａと駆動輪１３との間を接続する動力伝達経路に変速装置が備えられない構成とした。動力伝達経路に変速装置が備えられる構成では、変速装置がモータジェネレータ１１のトルク変動を吸収する。これは、変速装置を構成する部材の慣性、及び変速装置を構成する部材同士の滑りなどがあるためである。したがって、本実施形態にかかる車両１０では、上記異常が生じた場合にモータジェネレータ１１で発生する出力トルクの変動が駆動輪１３まで伝わりやすく、車両１０の振動を大きくしやすい。このため本実施形態では、異常が生じた場合に目標トルクＴｒｑを低下させるメリットが大きい。

ＩＮＶＥＣＵ３０にフェールセーフ処理を行わせた。このため、ＥＶＥＣＵ２０にフェールセーフ処理を行わせる構成と比較して、異常が生じた場合に目標トルクＴｒｑを迅速に低下させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、異常が生じた場合におけるモータジェネレータ１１の出力トルクの低下手法を変更する。詳しくは、電流フィードバック制御におけるフィードバックゲインを低下させることにより、出力トルクを低下させる。

図１０に、本実施形態にかかるトルク制御のブロック図を示す。なお図１０において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

図示されるように、本実施形態にかかるＩＮＶＥＣＵ３０は、フェールセーフ部３０ｅ及び選択部３０ｆを備えていない。指令電流設定部３０ｇには、温度乗算部３０ｄの出力値のみが入力される。

フェールセーフ部３０ｎは、基本的には先の図３に示したフェールセーフ処理を行う。詳しくは、フェールセーフ部３０ｎは、図３のステップＳ１１におけるトルク制限係数Ｋｖの設定処理に代えて、フィードバックゲイン設定処理を行う。この処理は、図１１に示すように、車速Ｖｓが低いほど、フィードバックゲイン設定処理が行われない通常制御時の比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉに対して、比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉを小さく設定する処理である。フェールセーフ部３０ｎは、車速Ｖｓが上記第３車速以下であると判定した場合にフィードバックゲイン設定処理を行う。フェールセーフ部３０ｎは、車速Ｖｓが上記第３車速よりも高いと判定した場合、フィードバックゲイン設定処理を行わず、比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉとして、通常制御時の比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉを用いる。

また、フェールセーフ部３０ｎは、図３のステップＳ１３における徐変処理に代えて、低下させた比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉを、通常制御時の比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉまで徐々に上昇させる処理を行う。

以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記各実施形態では、トルク制限係数Ｋｖの設定処理をＩＮＶＥＣＵ３０が行ったがこれに限らず、ＥＶＥＣＵ２０が行ってもよい。この場合、ＩＮＶＥＣＵ３０からＥＶＥＣＵ２０に対してモータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常についての情報を伝達すればよい。

・上記第１実施形態において、図３のステップＳ１３の徐変処理を省略してもよい。

・モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常に、電圧センサ２１によって検出された電源電圧ＶＩＮＶが実際の電源電圧からずれる電圧検出値異常が含まれていてもよい。

また、モータジェネレータ１１の駆動にかかわる異常には、上述した異常に限らず、モータジェネレータ１１の構成部品の異常等、他の異常が含まれていてもよい。

・図２のｄ，ｑ軸指令電圧算出部３０ｊ，３０ｋにおけるフィードバック制御としては、比例積分制御に限らず、例えば、比例積分微分制御であったり、比例制御であったりしてもよい。ここで上記第２実施形態において、フィードバック制御に微分制御が含まれる場合、出力トルクを強制的に低下させるために用いられるフィードバックゲインには、微分ゲインが含まれる。

・トルク制御としては、電流フィードバック制御に限らず、例えばトルクフィードバック制御であってもよい。トルクフィードバック制御は、モータジェネレータ１１の推定トルクを目標トルクＴｒｑにフィードバック制御するための操作量として電圧位相を算出し、算出した電圧位相に基づいてインバータ１２の各スイッチＳｕｐ〜Ｓｗｎを操作する制御である。なお、推定トルクは、例えばｄ，ｑ軸電流Ｉｄｒ，Ｉｑｒに基づいて推定すればよい。

・上記各実施形態では、モータジェネレータとして突極機を用いたがこれに限らず、非突極機を用いてもよい。この場合、出力トルクに代えて、出力トルクと正の相関を有するｑ軸電流を制御量としてもよい。また、モータジェネレータとしては、永久磁石型同期機に限らず、例えば巻線界磁型同期機であってもよい。さらに、モータジェネレータとしては、同期機に限らない。

・本発明が適用される車両としては、上記各実施形態に示したものに限らない。例えば、バッテリ１８を充電するための専用の発電機と、この発電機を駆動するための専用のエンジンとをさらに備えるレンジエクステンダ車両であってもよい。また、本発明が適用される車両としては、燃料電池車であってもよい。

１０…車両、１１…モータジェネレータ、１２…インバータ、２０…ＥＶＥＣＵ、３０…ＩＮＶＥＣＵ。

Claims (9)

1. 車載主機として回転電機（１１）のみを備える車両（１０）に適用され、
   前記回転電機の出力トルク又は前記出力トルクと正の相関を有するパラメータを制御量とし、前記制御量をその目標値に制御すべく、前記回転電機に電気的に接続されたインバータ（１２）を操作するインバータ操作部と、
   前記回転電機の駆動にかかわる異常が生じているか否かを判定する異常判定部と、
   前記車両の走行中において前記異常判定部によって異常が生じていると判定されている期間に渡って、前記車両の走行のために前記回転電機を駆動させることを条件として、前記回転電機の実際の出力トルクを強制的に低下させるトルク低下部と、
   前記異常判定部によって異常が生じていると判定されている状態が閾値時間継続された場合、前記回転電機の駆動を停止させる駆動停止部と、を備えることを特徴とするインバータの制御装置。
2. 前記異常判定部によって異常が生じていると判定され始めてから前記閾値時間が経過する前に、前記異常判定部による判定が異常有りの判定から異常無しの判定に切り替わった場合、前記トルク低下部による前記実際の出力トルクの低下を解除する解除部をさらに備える請求項１に記載のインバータの制御装置。
3. 前記解除部は、前記トルク低下部によって低下させた前記実際の出力トルクを、前記制御量が前記目標値に制御されている場合の前記出力トルクまで徐々に増加させるように、前記実際の出力トルクの低下を解除する請求項２に記載のインバータの制御装置。
4. 前記トルク低下部は、前記車両の走行速度が低いほど、前記実際の出力トルクの低下量を大きくする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。
5. 前記トルク低下部は、前記目標値を低下させることにより、前記実際の出力トルクを低下させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。
6. 前記インバータ操作部は、前記制御量を前記目標値にフィードバック制御すべく、前記インバータを操作し、
   前記トルク低下部は、前記フィードバック制御におけるフィードバックゲインの絶対値を低下させることにより、前記実際の出力トルクを低下させる請求項１〜４のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。
7. 前記車両には、前記回転電機に流れる相電流を検出する相電流センサ（２２）、及び前記回転電機の回転角を検出する回転角センサ（２３）が備えられ、
   前記インバータ操作部は、前記相電流センサによって検出された相電流及び前記回転角センサによって検出された回転角に基づいて、前記制御量を前記目標値にフィードバック制御すべく、前記インバータを操作し、
   前記異常判定部は、前記相電流センサによって検出された相電流が実際の相電流からずれる異常、及び前記回転角センサによって検出された回転角が実際の回転角からずれる異常のうちいずれかが生じているか否かを判定する請求項１〜６のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。
8. 前記車両には、前記インバータを構成するスイッチ（Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ）の温度を検出する温度センサ（２４）が備えられ、
   前記温度センサによって検出された温度が規定温度以下であると判定した場合、前記目標値をそのまま出力し、前記温度センサによって検出された温度が前記規定温度よりも高いと判定した場合、前記温度センサによって検出された温度が高いほど前記目標値を低くして出力する温度補正部（３０ｃ，３０ｄ）をさらに備え、
   前記インバータ操作部は、前記温度補正部から出力された前記目標値に前記制御量をフィードバック制御すべく、前記インバータを操作し、
   前記異常判定部は、前記相電流センサによって検出された相電流が実際の相電流からずれる異常、前記回転角センサによって検出された回転角が実際の回転角からずれる異常、及び前記温度センサによって検出された温度が前記スイッチの実際の温度からずれる異常のうちいずれかが生じているか否かを判定する請求項７に記載のインバータの制御装置。
9. 前記回転電機の出力軸（１１ａ）と前記車両の駆動輪（１３）との間を接続する動力伝達経路には、変速装置が備えられていない請求項１〜８のいずれか１項に記載のインバータの制御装置。

Images