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公開番号2019205318
公報種別公開特許公報(A)
公開日20191128
出願番号2018100745
出願日20180525
発明の名称車両駆動システムの制御方法および制御装置
出願人日産自動車株式会社
代理人特許業務法人後藤特許事務所
主分類B60L 3/00 20190101AFI20191101BHJP(車両一般)
要約【課題】電動モータを備える車両駆動システムにおいて、電気負荷の影響を受けずにシステムの異常を適切に診断可能とする。
【解決手段】電動モータと、バッテリと、電動モータおよびバッテリの間に介装され、電動モータの交流出力を直流変換するかまたはバッテリの直流出力を交流変換するインバータと、を備える車両駆動システムにおいて、電動モータの回転数およびトルクに応じた電動モータのモータ出力と、インバータの、バッテリ側の電力であるインバータ電力と、のエネルギ収支を判定し、エネルギ収支の判定結果をもとに、車両駆動システムの異常を診断し、異常の診断結果をもとに、車両駆動システムを制御する。インバータ電力は、インバータの直流電圧と、電動モータに流れる電流と、に基づき算出する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
電動モータと、
バッテリと、
前記電動モータおよび前記バッテリの間に介装され、前記電動モータの交流出力を直流変換するか、前記バッテリの直流出力を交流変換するインバータと、
を備える車両駆動システムの制御方法であって、
前記電動モータの回転数およびトルクに応じた前記電動モータのモータ出力と、前記インバータの、前記バッテリ側の電力であるインバータ電力と、のエネルギ収支を判定し、
前記エネルギ収支の判定結果をもとに、前記車両駆動システムの異常を診断し、
前記異常の診断結果をもとに、前記車両駆動システムを制御し、
前記インバータ電力を、前記インバータの直流電圧と、前記電動モータに流れる電流と、に基づき算出する、車両駆動システムの制御方法。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
請求項1に記載の車両駆動システムの制御方法であって、
回転数およびトルクにより定められる前記電動モータの出力領域のうち、前記電動モータの運転状態が所定の高出力領域または低出力領域にある場合は、前記異常の診断結果に基づく前記車両駆動システムの制御を禁止する、車両駆動システムの制御方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載の車両駆動システムの制御方法であって、
前記インバータ電力を前記電動モータの力率により補正し、補正後の前記インバータ電力をもとに、前記エネルギ収支を判定する、車両駆動システムの制御方法。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両駆動システムの制御方法であって、
前記車両駆動システムに異常があると診断した場合に、前記モータ出力と前記インバータ電力との関係に応じて前記車両駆動システムに対する制御を異ならせる、車両駆動システムの制御方法。
【請求項5】
請求項4に記載の車両駆動システムの制御方法であって、
前記電動モータが永久磁石式であり、
前記モータ出力が前記インバータ電力よりも大きい場合は、当該システムの運転を継続させ、前記インバータ電力が前記モータ出力よりも大きい場合は、当該システムを停止させる、車両駆動システムの制御方法。
【請求項6】
電動モータと、
バッテリと、
前記電動モータおよび前記バッテリの間に介装され、前記バッテリの直流出力を交流変換するかまたは前記電動モータの交流出力を直流変換するインバータと、
を備える車両駆動システムを制御する、車両駆動システムの制御装置であって、
前記電動モータの回転数およびトルクに応じた前記電動モータのモータ出力と、前記インバータの、前記バッテリ側の電力であるインバータ電力と、のエネルギ収支を判定するエネルギ収支判定部と、
前記エネルギ収支判定部の判定結果をもとに、前記車両駆動システムの異常を診断するシステム異常診断部と、
前記システム異常診断部の診断結果をもとに、前記車両駆動システムに対する制御信号を設定する制御信号設定部と、
を備え、
前記エネルギ収支判定部は、前記インバータ電力を、前記インバータの直流電圧と、前記電動モータに流れる電流と、に基づき算出する、車両駆動システムの制御装置。
【請求項7】
請求項6に記載の車両駆動システムの制御装置であって、
内燃エンジンと、
第1インバータと、
前記内燃エンジンにより駆動され、発電電力を前記第1インバータを介して前記バッテリに充電可能に構成された発電モータと、
をさらに備え、
前記車両駆動システムは、前記インバータとして前記第1インバータとは異なる第2インバータを備え、
前記電動モータは、前記バッテリから前記第2インバータを介して電力の供給を受け、駆動輪に動力を伝達可能に構成された駆動モータである、車両駆動システムの制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、車両駆動システムの制御方法および制御装置に関し、特に電動モータを備える車両駆動システムの異常を診断する技術に関する。
続きを表示(約 8,600 文字)【背景技術】
【0002】
電動モータを備える車両駆動システムの異常を、当該システムにおけるエネルギ収支に基づき診断する技術が既に存在し、そのような技術として、特許文献1には、次のものが開示されている。エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両に関する技術であるが、バッテリ電圧およびバッテリ電流からバッテリ電力を算出するとともに、電動モータのトルクおよび回転数から電動モータの出力を算出する。そして、バッテリ電力を入力として、バッテリ電力から電動モータの出力を減じて得られるシステム全体でのエネルギ収支が合わない場合に、換言すれば、バッテリ電力に対して電動モータの出力が相対的に小さいかまたは大きい場合に、システムに何らかの異常が生じたと判定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許3294532号(段落0153〜0154)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電動モータを駆動源とする電動車両では、電動モータの電力源であるバッテリに対し、空調装置のエアコンプレッサおよびPTCヒータ等、電動モータ以外の電気負荷が並列に接続されるのが一般的である。ここで、電動モータ以外の電気負荷(以下単に「電気負荷」というときは、電動モータ以外の電気負荷をいうものとする)の消費電力が比較的大きい場合に、バッテリ電力および電動モータの出力からエネルギ収支を得ようとすると、負荷の大きさが変動することもあって、電気負荷がエネルギ収支の算出に及ぼす影響が大きくなり、もって、異常診断の精度が低下するという問題がある。電気負荷が及ぼす影響を正確に見積もろうとすれば、電流センサ等、そのための特別な構成が必要となる。
【0005】
そこで、本発明は、電動モータを備える車両駆動システムにおいて、電気負荷の影響を受けずに当該システムの異常を適切に診断可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一形態では、電動モータと、バッテリと、電動モータおよびバッテリの間に介装され、電動モータの交流出力を直流変換するかまたはバッテリの直流出力を交流変換するインバータと、を備える車両駆動システムの制御方法が提供される。電動モータの回転数およびトルクに応じた電動モータのモータ出力と、インバータの、バッテリ側の電力であるインバータ電力と、のエネルギ収支を判定し、エネルギ収支の判定結果をもとに、車両駆動システムの異常を診断し、異常の診断結果をもとに、車両駆動システムを制御する。インバータ電力は、インバータの直流電圧と、電動モータに流れる電流と、に基づき算出する。
【0007】
他の形態では、車両駆動システムの制御装置が提供される。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、エネルギ収支の評価に用いるインバータ電力を、インバータの直流電圧と、電動モータに流れる電流と、に基づき算出することで、バッテリに接続された電気負荷の影響を受けずにエネルギ収支を判定し、車両駆動システムの異常を適切に診断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1は、本発明の一実施形態に係る車両駆動システムの全体的な構成を示す概略図である。
図2は、同上実施形態に係る車両駆動システムの制御系の回路構成を示す概略図である。
図3は、同上実施形態に係る車両駆動制御の基本ルーチンの内容を示すフローチャートである。
図4は、同上車両駆動制御の異常診断ルーチンの内容を示すフローチャートである。
図5は、同上車両駆動制御の異常種別判定ルーチンの内容を示すフローチャートである。
図6は、本発明の他の実施形態に係る車両駆動制御の異常種別判定ルーチンの内容を示すフローチャートである。
図7は、マスク領域の設定例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0011】
(全体構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る電動車両の駆動システム(以下「車両駆動システム」という)Sの全体的な構成を示している。
【0012】
本実施形態に係る車両駆動システムSは、その主な要素として、内燃エンジン1と、2つの電動モータ2、3と、電動モータ2、3のそれぞれに対して設けられた2つのインバータ6、7と、バッテリ8と、を備える。
【0013】
2つの電動モータ2、3のうち、一方(電動モータ3)は、駆動源として動作し、他方(電動モータ2)は、発電機として動作する。本実施形態において、電動モータ2は、発電専用に設けられており、内燃エンジン1から動力の供給を受けて作動する。電動モータ2とバッテリ8との間にインバータ6が介装され、電動モータ2が生じさせた三相交流の発電電力は、インバータ6により直流電力に変換(直流変換)され、バッテリ8に供給される。電動モータ3は、主に車両推進用の駆動モータとして設けられており、バッテリ8から電力の供給を受けて作動する。バッテリ8と電動モータ3との間にインバータ7が介装され、バッテリ8の直流電圧がインバータ7により三相交流の交流電圧に変換(交流変換)され、電動モータ3に印加される。電動モータ3が生じさせた動力は、ディファレンシャルギア4を介して左右の駆動輪5、5に伝達され、電動車両を推進させる。
【0014】
このように、本実施形態では、電動モータ2の発電電力をバッテリ8に充電し、電動モータ3へは、バッテリ8から電力が供給されるのを基本とする。しかし、電動モータ2の発電電力を、バッテリ8を介さずに電動モータ3へ直接供給し、電動モータ3を作動させることも可能である。電動モータ3は、駆動源として動作させるだけでなく、発電機として動作させることも可能である。電動モータ3の発電電力は、インバータ7を介してバッテリ8に供給される。
【0015】
さらに、バッテリ8に対して電動モータ2、3以外の電気負荷が接続されており、そのような電気負荷として、本実施形態では、空調装置(エアコンディショナ)のエアコンプレッサ11およびPTCヒータ12が例示される。
【0016】
(制御システムの構成および基本動作)
図2は、車両駆動システムSの制御系の回路構成を示している。
【0017】
バッテリ8に対してインバータ6、7および図示しない他の電気負荷11、12が並列に接続され、一方のインバータ7には、駆動モータである電動モータ3が、他方のインバータ6には、発電モータである電動モータ2が、夫々接続されている。
【0018】
インバータ6、7の動作は、車両コントローラ101により制御される。本実施形態において、車両コントローラ101は、中央演算ユニット(CPU)、ROMおよびRAM等の各種記憶素子、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータからなる電子制御ユニットとして構成される。インバータ6、7に印加される電圧を測定する電圧センサ(以下「インバータ電圧センサ」という)211、電動モータ2、3に流れる電流(つまり、相電流)を測定する電流センサ(モータ電流センサ)212a、212bが設けられ、これらのセンサ211、212a、212bの検出信号は、いずれも車両コントローラ101に入力される。モータ電流センサ212a、212bは、インバータ6、7のいずれか一方のみに設けられてもよいが、本実施形態では、双方のインバータ6、7に、個別に設けられている。
【0019】
本実施形態では、上記以外に、運転者によるアクセルペダルの操作量(アクセル操作量APO)を検出するアクセルセンサ201、バッテリ8の充電量(バッテリ充電量)SOCを検出するバッテリセンサ、車速VSPを検出する車速センサ202が設けられる。これらのセンサの検出信号も、車両コントローラ101に入力される。ここで、バッテリ充電量SOCは、バッテリ8に流れる電流と、バッテリ8の端子電圧と、から推定することが可能であり、本実施形態において、バッテリセンサは、バッテリ8に流れる電流を検出するバッテリ電流センサ203と、バッテリ8の端子電圧を検出するバッテリ電圧センサ204と、から構成される。
【0020】
車両コントローラ101は、基本的な動作として、電動モータ2の目標発電量Ptrgを演算し、インバータ6に対して目標発電量Ptrgに応じた制御信号を送信して、電動モータ2を制御するとともに、車両の要求駆動力Fcmdを設定し、インバータ7に対して要求駆動力Fcmdに応じた制御信号を送信して、電動モータ3を制御する。そして、このような車両駆動制御の一環として、車両コントローラ101は、電動モータ3の異常を診断し、その診断結果を車両駆動制御に反映させる。
【0021】
そこで、車両コントローラ101が行う制御(車両駆動制御)について、フローチャートを参照して説明する。
【0022】
(車両駆動制御の説明)
図3は、本実施形態に係る車両駆動制御の基本ルーチンの内容を示している。図4は、車両駆動制御の異常診断ルーチンの内容を、図5は、異常種別判定ルーチンの内容を、夫々示している。
【0023】
車両コントローラ101は、図3〜5に示す車両駆動制御を、所定の時間毎に実行するようにプログラムされている。本実施形態では、基本ルーチン、異常診断ルーチンおよび異常種別判定ルーチンを一連の処理として説明するが、各ルーチンは、個別に実行することができ、その場合の各ルーチンの実行周期は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0024】
図3に示すフローチャートにおいて、S101では、車両駆動制御の基礎とする入力情報として、アクセル操作量APO、バッテリ充電量SOCおよび駆動モータ回転数Nmtrを読み込む。先に述べたように、バッテリ充電量SOCは、バッテリ8に流れる電流およびバッテリ8の端子電圧から推定することが可能である。駆動モータ回転数Nmrtは、駆動モータである電動モータ3の単位時間当たりの回転数であり、車速VSPをギア比等により換算することで求めることが可能である。
【0025】
S102では、電動モータ2の目標発電量Ptrgを設定する。目標発電量Ptrgは、バッテリ充電量SOCを目標充電量SOCtrgにするための発電量として、バッテリ充電量SOCに基づき設定する。
【0026】
S103では、電動モータ2の発電量が目標発電量Ptrgとなるように、エンジン1およびインバータ6を制御する。
【0027】
S104では、車両の要求駆動力Fcmdを設定する。要求駆動力Fcmdは、アクセル操作量APOに応じた加速度を生じさせるものとして、アクセル操作量APOおよび車速VSPに基づき設定する。
【0028】
S105では、車両の駆動力が要求駆動力Fcmdとなるように、換言すれば、電動モータ3により要求駆動力Fcmdに応じたトルクを生じさせるように、インバータ7を制御する。
【0029】
図4に示すフローチャートに移り、S201では、異常診断の対象である電動モータ3の運転状態が所定のマスク領域にあるか否かを判定する。電動モータ3の運転状態がマスク領域にある場合は、今回の制御を終了し、マスク領域にない場合は、S202へ進む。マスク領域は、高出力領域として予め設定され、図7は、その一例を示す。電動モータ3の回転数(駆動モータ回転数)Nmtrが所定の回転数Nmtrh以上であるか、トルクTmtrが所定のトルクTmtrh1以上である場合に、電動モータ3の運転状態が高出力領域にあり、マスク領域にあると判定する。
【0030】
本実施形態では、マスク領域として高出力領域のみを設定するが、高出力領域に代えるかまたはこれに加えて低出力領域を設定し、電動モータ3の運転状態が低出力領域にある場合に、マスク領域にあると判定してもよい。低出力領域は、例えば、電動モータ3の回転数Nmtrが所定の回転数Nmtrl(<Nmtrh)以下であるか、トルクTmtrが所定のトルクTmtrl1(<Tmtrh1)以下である領域として設定することが可能である。
【0031】
S202では、インバータ7の、バッテリ8側の電力であるインバータ電力Pinvを算出する。インバータ電力Pinvは、インバータ7の直流電圧Vdcと、電動モータ3に流れる電流Iacと、に基づき、次式(1)により算出する。
Pinv=k×Iac×Vdc …(1)
【0032】
ここで、kは、係数であり、電気モータ3に流れる電流Iacは、電気モータ3の相電流であり、モータ電流センサ212bにより検出される。相電流には、その実効値を用いることが可能である。インバータ7の直流電圧Vdcは、電動モータ3の力行時ではインバータ7の入力直流電圧であり、回生時ではインバータ7の出力直流電圧であり、いずれもインバータ電圧センサ211により検出される。ここに、インバータ電力Pinvは、電動モータ3の力行時ではインバータ7の入力直流電力をいい、回生時ではインバータ7の出力直流電力をいう。
【0033】
S203では、電動モータ3の出力であるモータ出力Pmtrを算出する。モータ出力Pmtrは、電動モータ3のトルクTmtrおよび回転数Nmtrをもとに、次式(2)により算出する。電動モータ3のトルクTmtrは、トルクセンサにより検出されたトルク実測値であってもよいが、電動モータ3に流れる電流Iac(つまり、相電流)から推定されたトルク推定値であってもよく、インバータ7に対するトルク指令値であってもよい。
Pmtr=Tmtr×Nmtr …(2)
【0034】
S204では、インバータ電力Pinvとモータ出力Pmtrとのエネルギ収支を判定する。具体的には、インバータ電力Pinvからモータ出力Pmtrを減算し、その減算値(=Pinv−Pmtr)の絶対値をエネルギ収支評価値EBとして算出する。本実施形態では、運転状態の過渡的な変化の影響を緩和させるため、インバータ電力Pinvからモータ出力Pmtrを減じた減算値の移動平均値を算出し、その絶対値をエネルギ収支評価値EBとする。
EB=|Pinv−Pmtr| …(3.1)
=|k×Iac×Vdc−Tmtr×Nmtr| …(3.2)
【0035】
S205では、エネルギ収支評価値EBが所定のエネルギ収支判定値EB1以下であるか否かを判定する。エネルギ収支判定値EB1は、インバータ電力Pinvおよびモータ出力Pmtrに含まれる誤差(例えば、電流センサ、電圧センサの検出誤差)による誤った診断を回避可能な範囲で、できる限り小さな値に設定される。エネルギ収支評価値EBがエネルギ収支判定値EB1以下である場合は、S206へ進み、エネルギ収支判定値EB1よりも大きい場合は、S207へ進む。
【0036】
S206では、インバータ電力Pinvとモータ出力Pmtrとのエネルギ収支が合っており、車両駆動システムSに異常はないと判定して、異常診断フラグFabnに0を設定する。
【0037】
S207では、判定カウンタCNTに1を加算する(CNT=CNT+1)。
【0038】
S208では、判定カウンタCNTが所定の判定値CNT1に達したか否かを判定する。判定カウンタCNTが判定値CNT1に達した場合は、S209へ進み、達していない場合は、S206へ進む。
【0039】
S209では、インバータ電力Pinvとモータ出力Pmtrとのエネルギ収支が合わず、車両駆動システムSに異常があると判定して、異常診断フラグFabnに1を設定する。
【0040】
さらに、図5に示すフローチャートに移り、S301では、異常診断フラグFabnが1であるか否かを判定する。異常診断フラグFabnが1であり、車両駆動システムSに異常が生じている場合は、S302へ進み、異常診断フラグFabnが0である場合は、今回の制御を終了する。
【0041】
S302では、インバータ電力Pinvを読み込む。
【0042】
S303では、モータ出力Pmtrを読み込む。
【0043】
S304では、インバータ電力Pinvがモータ出力Pmtrよりも小さいか否かを判定する。インバータ電力Pinvがモータ出力Pmtrよりも小さい場合は、S305へ進み、インバータ電力Pinvがモータ出力Pmtrよりも大きい場合は、S307へ進む。
【0044】
S305では、車両駆動システムSの異常が電動モータ3の減磁によるものであると判定し、S306へ進む。つまり、電動モータ3により駆動力を生じさせる場合、換言すれば、電動モータ3の力行時において、インバータ電力Pinvがモータ出力Pmtrよりも小さいことによるエネルギ収支の不整合は、電動モータ3の減磁、つまり、電動モータ3に備わる永久磁石の劣化によるものであると判定するのである。
【0045】
S306では、電動モータ2の目標発電量Ptrgを正常時よりも増大させる。つまり、エネルギ収支の不整合が電動モータ3の減磁によるものである場合は、車両駆動システムSの運転自体を継続させる一方、バッテリ8の過放電を回避するため、目標発電量Ptrgを増大させるのである。目標発電量Ptrgの増大は、正常時に設定される目標発電量Ptrgの補正による方法であっても、目標発電量Ptrgを設定する際に用いられるマップ自体の切り換えによる方法であってもよい。エネルギ収支評価値EBのエネルギ収支判定値EB1に対する乖離量に応じて、増大後の目標発電量Ptrgを異ならせてもよい。例えば、エネルギ収支評価値EBの乖離量が大きいときほど、目標発電量Ptrgをより大きく増大させる。
【0046】
S307では、車両駆動システムSの異常が漏電ないし絶縁不良によるものであると判定し、S308へ進む。電動モータ3の力行時において、インバータ電力Pinvがモータ出力Pmtrよりも大きいことによるエネルギ収支の不整合は、漏電、つまり、車両駆動システムSにおける電気回路の異常によるものであると判定するのである。
【0047】
S308では、電動モータ3への通電を停止し、車両駆動システムSを停止させる。
【0048】
本実施形態において、図4に示すフローチャートのS202〜204の処理により「エネルギ収支判定部」の機能が、S205、206および209の処理により「システム異常診断部」の機能が実現される。さらに、図5に示すフローチャートのS304、306および308の処理により「制御信号設定部」の機能が実現される。発電モータである電動モータ2に対応するインバータ6が「第1インバータ」に該当し、駆動モータである電動モータ3に対応するインバータ7が「第2インバータ」に該当する。
【0049】
(作用効果の説明)
本実施形態に係る車両駆動システムSの構成および動作は、以上のようであり、本実施形態により得られる効果について、以下に説明する。
【0050】
第1に、車両駆動システムSにおけるエネルギ収支の評価に用いるインバータ電力Pinvを、インバータ7の直流電圧Vdcと、電動モータ3に流れる電流Iacと、に基づき算出することで、電動モータ7以外の電気負荷による影響をエネルギ収支の評価から排除して、車両駆動システムSの異常を適切に診断することが可能となる。本実施形態では、電気負荷としてエアコンプレッサ11およびPTCヒータ12が例示されるが、電気負荷として考慮すべきがこれに限定されるものでないことは、勿論である。
(【0051】以降は省略されています)

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