ハイブリッド車両の制御装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B60 車両一般

【発明の名称】	ハイブリッド車両の制御装置
【発明者】	【氏名】落合志信【氏名】鈴木実
【要約】	【課題】モータ系の故障が発生した場合に、モータの回生によって発生する電圧から周辺部品を保護しつつ走行できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】モータ制御装置５は、電流センサ１３、１５、１７、電圧センサ１４、１６の故障、モータ２の故障（巻き線の断線）等のモータ系の故障を検出すると、オン状態であったメインコンタクタ１１をオフし、パワードライブユニット７とバッテリ３を電気的に切断することによりモータ２の制御を停止する。また、同時にエンジン制御装置４にモータ系故障の信号を出力する。エンジン制御装置４は、モータ制御装置５によってモータ系の故障が検出され、メインコンタクタ１１がオフ状態であった場合に、エンジン回転数が常に５５００ｒｐｍ以下になるようエンジン１を制御する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】車両の推進力を出力するエンジンと、エンジンの出力を補助するモータと、前記モータの回生によって発生する電力によって充電される蓄電装置と、前記モータと前記蓄電装置の間に接続されるコンタクタと、前記モータと前記コンタクタとの間に設けられるインバータと、を具備するハイブリッド車両の制御装置であって、前記モータ制御に係る部品の故障発生時において、前記コンタクタをオフし、更に、前記エンジンの回転数を、前記モータの回生によって発生する電圧が前記インバータの耐電圧以下となる回転数に制限することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パラレル式のハイブリッド車両の制御装置に係り、特に、モータ制御に係る部品の故障発生時において、エンジン回転数の制限制御を行うハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、大気中への排気ガスの排出を抑えるために、電気自動車の開発が進められている。ところが、電気エネルギーによるモータのみを利用して、自動車を走行させる電気自動車は、電気エネルギーを蓄えておくバッテリーの容量により航続距離が制限されてしまう。逆に、十分な航続距離を得ようとすれば、膨大な量のバッテリーが必要となり、自動車の走行性能を著しく悪化させてしまう。そこで、エンジンと上述のモータとを併用することにより、モータの電源であるバッテリを小型化して、航続距離と走行性能とを両立させたハイブリッド車両の開発が進められている。
【０００３】このハイブリッド車両の一種であるパラレル式のハイブリッド車両は、運転状態に応じて、モータによる駆動とエンジンによる駆動とを併合して走行を行うことにより、走行性能を維持しつつ、排気ガスの排出量を低減させ、かつ燃費をも向上させている。
【０００４】すなわち、パラレル式のハイブリッド車両は、発進時、及び加速時において、モータがエンジンをアシストする等、エンジンを効率の良い領域だけで駆動するようにモータを制御し、燃費を向上させている。加えて、車両の制動時においては、モータを発電機として動作させ、駆動輪の運動エネルギーを電力としてバッテリに充電することで、更に燃費を向上させている。
【０００５】上述したモータを制御するために、モータを制御するための制御装置や、制御装置からの信号を送信する信号線や、またモータ、バッテリ間の電圧や電流などを検知し、制御装置へそれらの値を送信するセンサなどが必要となる。また、更に、上述した制御装置は、ＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させている。このようなモータに係る全ての部品、装置、及びソフトウェア等は、モータ系と呼ばれ、モータを駆動するのに不可欠なものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したハイブリッド車両において、走行中に上述したようなモータ系に異常が発生し、モータを正常に制御することができない状態となった場合には、速やかにモータの駆動を停止し、エンジンのみの駆動に切り換える必要がある。またこの場合、モータの回生によって発生する電圧から、モータの周辺部品を保護する必要がある。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、モータ系の故障が生じた場合に、モータの回生によって発生する電圧からモータの周辺部品を保護しつつ走行を続けることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両の推進力を出力するエンジン（１）と、エンジンの出力を補助するモータ（２）と、前記モータの回生によって発生する電力によって充電される蓄電装置（実施の形態ではバッテリ３）と、前記モータと前記蓄電装置の間に接続されるコンタクタ（実施の形態では、プリチャージコンタクタ１０及びメインコンタクタ１１）と、前記モータと前記コンタクタとの間に設けられるインバータ（実施の形態ではパワードライブユニット７）とを具備するハイブリッド車両の制御装置（実施の形態では、エンジン制御装置及びモータ制御装置）であって、前記モータ制御に係る部品（実施の形態では、モータ２、電流センサ１３、１５、１７、電圧センサ１４、１６等が挙げられる）の故障発生時において、前記コンタクタをオフし、更に、前記エンジンの回転数を前記モータの回生によって発生する電圧が前記インバータの耐電圧以下となる回転数（実施の形態では、エンジン回転数≦５５００ｒｐｍ）に制限することを特徴とする。
【０００９】これにより、モータ系に異常が発生した場合には、コンタクタをオフすることによりモータの駆動を中止し、エンジンの駆動のみによる走行とする。また、エンジン回転数を、前記モータの回生によって発生する電圧が該電圧の印加される部品の耐電圧以下となる回転数（例えばエンジン回転数≦５５００ｒｐｍ）に制限することにより、モータの回生によって生じる電圧により、この電圧が印加される周辺部品を保護することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態によるハイブリッド車両の制御装置を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施形態によるハイブリッド車両の一種であるパラレルハイブリッド車の全体構成を示すブロック図である。この図において、符号１は燃料の燃焼エネルギーで作動するエンジンであり、符号２はエンジンと併用して用いられ電気エネルギーで作動するモータである。エンジン１及びモータ２の両方の駆動力は、オートマチックトランスミッションあるいはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッション（図示せず）を介して駆動輪（図示せず）に伝達される。
【００１１】また、ハイブリッド車両の減速時には、駆動輪からモータ２に駆動力が伝達され、モータ２は発電機として機能する。モータ２は、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収し、別途説明を行うバッテリ３の充電等を行う。なお、駆動用のモータ２とは別に、バッテリ３の充電用の発電機を備える構成としてもよい。
【００１２】ここで、バッテリ３は、例えば、複数のセルを直列に接続したモジュールを１単位として、更に複数個のモジュールを直列に接続して、高圧系のバッテリとして構成される。符号１９は、エンジン始動専用のスタータである。
【００１３】符号４はエンジン制御装置であり、エンジン回転数、車速等を所定期間毎にモニタしており、これらの結果からモータ回生や、アシスト、減速などのモードを判断する。また、エンジン制御装置４は、同時に前述したモードに対応して、アシスト／回生量の決定を行い、これらモードやアシスト／回生量に関する情報等をモータ制御装置５に出力する。モータ制御装置５は、上述したような情報をエンジン制御装置４から受け取ると、この指示通りにモータ２を駆動／回生させるパワードライブユニット７等の制御を行う。
【００１４】符号６はバッテリ制御装置であり、バッテリ３のＳＯＣ（残容量）の算出を行う。また、バッテリ制御装置６は、バッテリ３の保護のために、バッテリ３の温度が所定値以下となるようにバッテリ３の近傍に設置されたファン２０の制御等も行う。なお、エンジン制御装置４、モータ制御装置５、バッテリ制御装置６は、シーケンサあるいはＣＰＵ（中央演算装置）およびメモリにより構成され、制御装置の機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させる。
【００１５】符号７はパワードライブユニットであり、スイッチング素子が２つ直列接続されたものが３つ並列接続されて構成されている。このパワードライブユニット７内部のスイッチング素子は、モータ制御装置５によってオン、オフされ、これによりバッテリ３からパワードライブユニット７に供給されている高圧系のＤＣ分が三相線を介してモータ２に供給される。
【００１６】また、符号９は各種補機類を駆動するための１２Ｖバッテリであり、この１２Ｖバッテリ９はバッテリ３にコンバータ８を介して接続されている。コンバータ８は、バッテリ３からの電圧を降圧して１２Ｖバッテリ９に供給する。符号１０はプリチャージコンタクタ、符号１１はメインコンタクタであり、バッテリ３とパワードライブユニット７は、これらのコンタクタを介して接続される。プリチャージコンタクタ１０、及びメインコンタクタ１１はモータ制御装置５によってオン、オフ制御が行われる。
【００１７】符号１２はモータ２の位置及び回転数を計算するセンサであり、符号１３は三相線に流れている電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する電流センサである。これらセンサ１２，１３の検出値は、検出値はモータ制御装置５に入力される。符号１４はパワードライブユニット７入力部の電圧Ｖｐｄｕを検出する電圧センサであり、符号１５は、パワードライブユニット７に入力される電流Ｉｐｄｕを検出する電流センサである。符号１６は、バッテリ３側の電圧Ｖｂａｔｔを検出する電圧センサである。上述した各電圧および電流センサ（１４～１６）によって検出された電圧値及び電流値はモータ制御装置５へ入力される。
【００１８】符号１７は、コンタクタを介してバッテリ３側を流れる電流Ｉｂａｔｔを検出するバッテリ３側の電流センサであり、検出された電流値はバッテリ制御装置６に入力される。このように、各センサ１６、１７は、コンタクタ１０、１１を介して、バッテリ３側の電圧Ｖｂａｔｔ及び電流Ｉｂａｔｔを、各センサ１４、１５は、コンタクタを介してパワードライブユニット７側の電圧Ｖｐｄｕ及び電流Ｉｐｄｕを検出している。また、電流センサ１５で検出される電流Ｉｐｄｕは、コンバータ８に流れている電流分を差し引いた値となる。
【００１９】次に上述した構成からなるハイブリッド車両の制御装置の動作を簡単に説明する。先ず、バッテリ制御装置６がバッテリ３側における電流Ｉｂａｔｔ、電圧Ｖｂａｔｔ等の値より残容量を算出し、その値をモータ制御装置５へ出力する。モータ制御装置５は、受け取った残容量をエンジン制御装置４へ出力する。エンジン制御装置４は、残容量、エンジン回転数、スロットル開度、エンジントルク、モータの実トルク等によりモード（アシスト、回生、始動、減速等）と、モータ２における必要電力を決定し、モードと要求電力をモータ制御装置５へ出力する。
【００２０】モータ制御装置５は、エンジン制御装置４からモード及び要求電力を受け取ると、アシスト及び減速時において、パワードライブユニット７の入力側の電力（図１の電圧センサ１４、及び電流センサ１５側）が、エンジン制御装置５から受け取った要求電力になるようにフィードバックを行い、トルクを算出する。一方、モータ制御装置５は、クルーズ時において、バッテリ３の電力値（図１の電圧センサ１６、及び電流センサ１７側）が要求電力になるようにフィードバックを行いトルクを算出する。このようにトルクが算出されると、モータ制御装置５は算出したトルクに従ってパワードライブユニット７を制御する。また、モータ制御装置５は、始動時において、パワードライブユニット７を制御することにより、モータ２によるエンジン始動制御を行う。
【００２１】次に、モータ制御装置５はパワードライブユニット７から、実トルクを受け取ると、実トルクをエンジン制御装置４へ出力する。エンジン制御装置４、モータ制御装置５、バッテリ制御装置６は、上述した処理を所定のタイミングで随時行うことにより、エンジン１、モータ２、バッテリ３の制御を行い、ハイブリッド車両を駆動させる。
【００２２】次に、上述した車両においてモータ系に故障が発生した場合について説明する。なお、モータ系とは、モータ及びモータの制御に係る部品を指し、これはモータの制御に不可欠な部品である。具体的には、パワードライブユニット７や、電圧センサ１４、１６、電流センサ１３、１５、１７、また、モータ２とパワードライブユニット７をつなぐ三相線、及びモータ２等が挙げられる。このようなモータ系に故障が発生した場合は、次のように検出される。
【００２３】上述した、モータ２及びパワードライブユニット７間の三相線の断線等は次のように検出される。通常、この三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは、ピーク値として同じ電流値を示すが、１本が断線すると、各相のピーク電流が異なる値となる。そこで、所定の間隔で電流センサ１３から送信される三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗのピーク値が異なった値となった場合に、モータ制御装置５は三相線の断線と判断し、モータ系故障発生の信号をエンジン制御装置５へ出力する。
【００２４】また、通常これらの三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの各相の和はゼロになるが、電流センサ１３が故障した場合には、電流センサ１３によって検知される三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの各相の和がゼロにならない。従って、電流センサ１３の故障においては、電流センサ１３から送信されるこれらの三相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの各相の和がゼロでなかった場合に、モータ制御装置５は電流センサ１３の故障と判断し、モータ系故障発生の信号をエンジン制御装置４へ出力する。
【００２５】また、電圧センサ１４、１６の故障検出は、電圧センサ１４によって検知されるパワードライブユニット７側の電圧Ｖｐｄｕと、電圧センサ１６によって検知される電圧Ｖｂａｔｔの値が、ほぼ同等ではなかった場合に、モータ制御装置５は電圧センサの故障と判断する。
【００２６】また、電流センサ１５、及び１７の故障も同様に、電流センサ１５によって検知されるパワードライブユニット７側の電流Ｉｐｄｕと、電流センサ１７によって検知される電流Ｉｂａｔｔの値が、コンバータ８に流れる電流を考慮して同等ではなかった場合に、モータ制御装置５は電流センサの故障と判断する。また、パワードライブユニット７とバッテリ３間を接続し、電力を送電している送電線の切断においても、電圧、電流センサ１４～１７の値をモニタすることで、故障を検出できる。
【００２７】上述したように、モータ制御装置５は、電流センサ、電圧センサから送信される電圧や電流値を常時モニタしており、これらの値に異常を検出すると、モータ系の故障と判断し、エンジン制御装置４にモータ系故障の信号を出力する。
【００２８】次に、上述したようなモータ系の故障が発生し、モータ２の通常制御ができなくなった場合に、モータ制御装置５及び、エンジン制御装置４が行う処理について図２、及び図３を参照して説明する。先ず、モータ系に故障が発生したときにモータ制御装置４が行う処理について図２を参照して説明する。
【００２９】先ず、ステップＳＡ１において、モータ制御装置５は常時、上述した電圧センサ、電流センサから送信される電圧、及び電流をモニタしており、これらの値に異常があった場合、オン状態であったメインコンタクタ１１をオフすることで、パワードライブユニット７とバッテリ３とを電気的に切り離し、（ステップＳＡ２）、モータの制御を停止する（ステップＳＡ３）。なお、モータ制御装置５は、ステップＳＡ１において、モータ系の故障を検出した時には、上述した処理を行うとともに、エンジン制御装置４に、モータ系故障発生の信号を出力する。
【００３０】一方、ステップＳＡ１で、モータ系の故障が検出されなかった場合は、通常のモータ制御を行う。即ち、エンジン制御装置５から要求トルクを受け取りこれに対応して、パワードライバユニット７を制御する。上述したように、モータ制御装置５はモータ系の故障を検出すると、メインコンタクタ１１をオフし、これによりモータ２の制御、即ちパワードライブユニット７の制御を中止する。
【００３１】しかし、メインコンタクタ１１をオフし、パワードライブユニット７の制御を中止しても、モータ２はエンジン１の回転数と同じ回転数で回転し続け、回生によってこの回転数に応じた電圧を発生している。
【００３２】このように、メインコンタクタ１１がオフされている状態で、即ち、バッテリ３とパワードライブユニット７が非接続の状態で、モータ２によって回生が続けられると、パワードライブユニット７には耐電圧を超える電圧が印加されることとなる。この結果、パワードライブユニット７は破壊ないしは、耐久寿命を短縮してしまう。そこで、モータ２の回転数を、モータ２の回生により発生する電圧をパワードライブユニット７の耐電圧以下に制限し、パワードライブユニット７の破壊ないしは耐久寿命の短縮を防ぐことが必要となる。
【００３３】以下、エンジン制御装置４が行うエンジン回転数の制御について図３を参照して説明する。まず、ステップＳＢ１で、モータ制御装置５によってモータ系の故障が検出されているかを判断する。即ち、故障発生によりメインコンタクタ１１がオフ状態であるかを判断する。そして、モータ制御装置５によってモータ系の故障が検出されていた場合（メインコンタクタ１１がオフ状態であった場合）は、ステップＳＢ２に進み、上限エンジン回転数を５５００ｒｐｍに設定する。
【００３４】一方、ステップＳＢ１で、モータ系の故障が検出されていなかった場合は、ステップＳＢ３に進み、上限エンジン回転数を７０００ｒｐｍに設定する。次に、ステップＳＢ２または、ステップＳＢ３において上限エンジン回転数が設定されると、ステップＳＢ４において、現在のエンジン回転数が、上述した上限エンジン回転数以下か否かを判断する。そして、現在のエンジン回転数が上述した上限エンジン回転数を上回っていた場合には、ステップＳＢ５においてエンジンへの燃料供給を停止するフューエルカット（Ｆｕｅｌ－Ｃｕｔ）を行い、エンジン回転数を低下させる。これにより、モータ回転数も同様に低下し、モータ２の回生によって発生される電圧を低下させる。
【００３５】このように、エンジン制御装置４は、所定時間ごとにエンジン回転数をモニタし、モータ系の異常が検出されている場合は、上限エンジン回転数を５５００ｒｐｍに設定し、エンジン回転数をこの上限エンジン回転数以下になるよう制限する制御を行う。
【００３６】なお、本実施形態におけるモータ２はエンジン回転数が１０００ｒｐｍで６０Ｖ発電する能力を有している。従って、エンジン回転数５５００ｒｐｍで回生される電圧は、（５５００／１０００）＊６０＝３３０Ｖであり、本実施形態ではパワードライブユニット７に３３０Ｖ以上の電圧が印加されないようモータ２の回生を制御していることとなる。なお、３３０Ｖはパワードライブユニット７の耐電圧以下の値とする。
【００３７】このように、エンジン回転数を制限することにより、モータ２の回生によって発生される電圧により、パワードライブユニット７の破壊、ないしは寿命が短縮されることを防止することができる。なお、図３のステップＳＢ３における上限エンジン回転数＝７０００ｒｐｍとは、エンジン１を保護するために設定された値であり、車両が通常の走行を行っているときには、上限エンジン回転数は、この値に設定されている。
【００３８】次に、図４に走行中、モータ系に故障が発生した時のエンジン回転数の推移を示す。この図において、縦軸はエンジン回転数を示し、横軸は時間を示している。また、下部に示したフラグとは、エンジン回転数制限を要求するフラグであり、コンタクタ１０、１１がオフ状態である場合に“１”を示し、これによりエンジン回転数を制限する制御をエンジン制御装置４に対して要求する（時刻Ｔ１以降）。
【００３９】図４の時間Ｔ１において、モータ制御装置５によってモータ系の故障が検出されたとする。モータ制御装置５は、モータ系の故障を検出すると、図２に示したフローチャートに従って、メインコンタクタ１１をオフする制御を行う。また、エンジン制御装置は、モータ制御装置５によって、メインコンタクタ１１がオフされることによるエンジン回転数の制限を開始する。これにより、上限エンジン回転数が５５００ｒｐｍと設定されるため、Ｔ１後のエンジン回転数は図３に示すような推移となる。
【００４０】なお、Ｔ１においてメインコンタクタ１１がオフされるため、フラグは“１”を示し、これによりエンジン回転数を制限する制御をエンジン制御装置４に対して要求する。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるハイブリッド車両の制御装置によれば、モータ系の故障発生時において、スイッチング手段をオフし、更に、エンジンの回転数をモータの回生によって発生する電圧によって、周辺部品が破壊されない回転数に制限する。
【００４２】これにより、モータ系に異常が発生した場合には、コンタクタをオフすることによりモータの駆動を中止し、エンジンのみの駆動に切り換える。また、エンジン回転数を、モータの回生によって発生する電圧によって、周辺部品が破壊されない回転数に制限することにより、モータの回生によって生じる電圧による周辺部品の耐電圧破壊及び耐久寿命の短縮を防止することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５３２６【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
【出願日】	平成１１年８月２５日（１９９９．８．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００６４９０８【弁理士】【氏名又は名称】志賀正武（外７名）
【公開番号】	特開２００１－６９６０７（Ｐ２００１－６９６０７Ａ）
【公開日】	平成１３年３月１６日（２００１．３．１６）
【出願番号】	特願平１１－２３８９４９