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1. (WO2007001079) ELECTRIC VEHICLE
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明細書

電動車両

技術分野

本発明は、 2つ以上の電動機によって同一軸を駆動する電動車両に関する。

背景技術

2つ以上の電動機によって同一軸を駆動する電動車両が知られている。例えば、 特開 2 0 0 4— 1 3 5 3 7 1号公報では、独立した 2系統の駆動源によって同一の 軸を駆動する構成の電動車両が開示されておリ、一方の系統に異常が生じた場合に、 正常な駆動源の出力の一部を異常が生じている駆動源で回生して、異常が生じた系 銃の補機に回生電力を供給することで、継続した走行を可能とする技術が開示され ている。

発明の開示

このように電動車両に 2つ以上の電動機を備えることで、一方の電動機に異常が 生じた場合でも、他方の電動機を利用して走行することができる。

しかし、各電動機の出力軸がクラッチを介さずに同一の駆動軸に係合している場 合、異常が生じた電動機について電力供給を停止して非駆動状態にし、異常のない 電動機にて走行を継続すると、駆動軸の回転に伴って非駆動状態の電動機に逆起電 圧が発生することから、高速走行によつて逆起電圧がィン /く一タ等の回路部品の耐 電圧を超える場合に、該回路部品の故障を招くおそれがあった。

そこで、本発明は、 2つ以上の電動機によって同一軸を駆動する電動車両におい て、一方の電動機を非駆動状態にして走行を継続する場合にィンバータ等の回路部 品を適切に保護することができる制御技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の電動車両は、駆動力を出力する駆動軸と、 該駆動軸に動力を出力する少なくとも 2つの電動機とを備えた電動車両であって、 いずれかの電動機が非駆動状態にある場合に、駆動状態にある電動機に対して前記 非駆動状態の電動機の逆起電力に基づきトルク制限を実行する制御手段を備えた ことを特徴とする。

好適には、前記制御手段は、電動機について異常を検出した場合、該電動機への 電力供給路を電気的に遮断して非駆動状態にすることを特徴とする。

また好適には、前記制御手段は、トルク制限を実行している電動機がある場合、 車両が停止していると判断したことを条件に前記トルク制限を解除することを特 徵とする。

また好適には、前記制御手段は、電動機に対して実行しているトルク制限を解除 する場合、トルク制限値が段階的に上昇するように制御して解除することを特徴と する。

本発明の制御装置は、駆動力を出力する駆動軸と、該駆動軸に動力を出力する少 なくとも 2つの電動機とを備えた電動車両のための制御装置であって、いずれかの 電動機が非駆動状態にある場合に、駆動状態にある電動機に対して前記非駆動状態 の電動機の逆起電力に基づきトルク制限を実行することを特徴とする。

図面の簡単な説明

図 1 :本実施形態における電動車両の概略構成を示す図である。

図 2 :第 1実施例における運転制御処理のフローチャートである。

図 3 :第 1実施例における運転制御処理のフローチヤ一卜である。

図 4 :第 2実施例における運転制御処理のフローチャートである。

図 5 :第 2実施例における運転制御処理のフローチャートである。

図 6 :第 2実施例における運転制御処理のフローチヤ一トである。

発明を実施するための最良の形態

以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

図 1は本実施形態の電動車両の概略構成を示す説明囡である。この電動車両は、 動力を出力する駆動源を右側、左側で独立して 2系統備えている。左側駆動源には、 主電源として固体高分子型の燃料電池 2 2、補助電源としてバッテリ 2 1を有する。 これらの電源から供給される電力は、駆動回路としてのインバータ 2 4で交流化さ れ、交流モータ 2 5に供給される。

右側駆動源も同様の構成である。右側駆動源としては、燃料電池 3 2、バッテリ 3 1、インバータ 3 4、交流モータ 3 5が備えられている。本実施例では、右側駆 動源と左側駆動源の出力特性、容量は同一とした。また、燃料電池 2 2、 3 2への 燃料ガスは、共通の水素タンク(図示せず)からそれぞれ供給する。

モータ 2 5の回転軸 2 6、モータ 3 5の回転軸 3 6は、それぞれギヤボックス 4 0内のギヤ 4 2、 4 3に接続されている。ギヤ 4 2、 4 3は駆動ギヤ 4 1と嚙合す る平歯車である。駆動ギヤ 4 1は、駆動軸 1 2が結合されている。各モータ 2 5、 3 5の動力は、ギヤボックス 4 0の各ギヤを介して駆動軸 1 2に出力され、ディフ アレンシャルギヤ 1 3を介して各車輪 1 4 L、 1 4 Rに伝達される。

本実施例において、各駆動源には、電力の供給を受けて種々の補機を駆動するた めの補機駆動回路 2 3、 3 3が接続されている。補機駆動回路 2 3、 3 3は、燃料 電池 2 2、 3 2に燃料ガスや冷却水を供給するポンプ、パワーステアリング用のォ ィルポンプ、車両の電装機器への電力供給用のァゥトレツト、バッテリ 2 1の冷却 用コンプレッサ、空調用のコンプレッサ、空調用の電熱ヒータ、ブレーキ用のエア コンプレッサなどをそれぞれ有している。

車両の各部分は、制御ュニット 1 0によって制御される。制御ュニット 1 0は、 内部に C P U、 R O M, R A Mを備えたマイクロコンピュータとして構成されてお リ、 R O Mに用意された制御プログラムに従って、車両の各部位の運転を制御する。 特に本実施例の制御ュニット 1 0は、後述するように、いずれかのモータが非駆動 状態にある場合に、駆動状態にあるモータに対して非駆動状態のモータの逆起電力 に基づきトルク制限を実行するように構成されている。

図中に、各部位の制御を実現するために制御ュニット 1 0に接続されている各種 信号線を破線で例示した。制御ュニッ卜 1 0に入力されるセンサ信号としては、ァ クセル開度センサ 1 1;車速センサ 1 2 s;モータの回転数センサ 2 5 s、 3 5 s; 燃料電池 2 2、 3 2の異常検出用センサ 2 2 s、 3 2 s ;バッテリ 2 1、 3 1の残 容量 (S O C ) を検出する残容量センサ 2 1 s、 3 1 sなどが含まれる。

制御ュニット 1 0からの出力信号としては、燃料電池 2 2、 3 2の出力制御信 号;補機駆動回路 2 3、 3 3の制御信号;インバータ 2 4、 3 4の制御信号などが 含まれる。

(第 1実施例)

図 2、図 3は、第 1実施例における運転制御処理のフローチャートである。運転 制御処理は、制御ュニッ卜 1 0によって、電動車両の走行中又は車両停止時に繰り 返し実行されることになる。なお、各工程(符号が付与されていない部分的な工程 を含む)は処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行 することができ、かかる点は、他の実施例についても同様である。

制御ュニット 1 0は、まず制御に使用するパラメータとして、アクセル開度、車 速などを取得する(ステップ S 1 0 )。本制御処理で用いられる各種変数において、 Rは右側系統についての値、 Lは左側系統についての値であることを意味する。 次に、制御ュニッ卜 1 0は、これらのパラメータに基づき、以下に示す各種要求 動力を設定する(ステップ S 1 2 ) 。総要求動力 P t rは、車両を駆動させるため の要求動力であり、アクセル開度、車速との関係で予め総要求動力 P t rを与える マップを参照することで設定される。補機動力 P R a、 P L aは、補機を駆動する ための要求動力であり、各補機の作動状態によって変動する。充電電力 P R b、 P L bは、バッテリ 2 1、 3 1を充電するための電力である。本実施例では、バッテ リ 2 1、 3 1の残容量が予め設定された下限値を下回った時に、充電を開始するた め、その時点での残容量に応じて充電電力 P R b、 P L bが決定される。バッテリ 3 1の残容量が下限値以上である場合には、充電不要であるため、充電電力 P R b、 P L bは 0となる。

次に、制御ュニッ卜 1 0は、モータ 2 5、 3 5が正常か否かを判断する(ステツ プ S 1 4 ) 。モータの正常異常の判断は、従来技術を用いて実行することができ る。

制御ュニット 1 0は、モータ 2 5、 3 5の双方共に異常であると判断した場合(ス テツプ S 1 :双方異常)、車両の走行を継続することができないと判断し、シス テムを停止する(ステップ S 1 6 ) 。これと併せて、モータ 2 5、 3 5が異常であ ることを運転者に報知するようにしてもよい。

一方、制御ュニッ卜 1 0は、モータ 2 5、 3 5のいずれか一方が異常であると判 断した場合(ステップ S 1 6 :一方異常)、異常があると判断したモータ(以下、 「異常モータ」という)について、電力供給路を電気的に遮断し、非駆動状態にす る (ステップ S 1 8 ) 。例えば、異常モータ側のインバータをシャツ卜ダウン制御 し、インバータとモータとを電気的に遮断することが考えられる。なお、この場合 も同様に、モータ 2 5、 3 5のいずれか一方が異常であることを運転者に報知する ようにしてもよい。

次に、制御ュニット 1 0は、異常がないと判断したモータ(以下、「正常モータ」 という)について、駆動状態を維持するとともに、トルク制限モードを設定する(ス テツプ S 2 0 ) 。例えば、モータ毎にトルク制限の状態をあらわすステータスフラ グを設けておき、正常モータに対応するステータスフラグに「トルク制限 O N J を 設定することが考えられる。

次に、制御ュニット 1 0は、トルク制限モードが設定された駆動状態にあるモー タについて、以下の式に基づいて、トルク制限モードにおける最高回転数を求める (ステップ S 2 2 ) 。

最高回転数- (非駆動状態にあるモータのインバータ等の回路部品の耐電圧) Z (非 駆動状態にあるモータの逆起定数)

これにより、駆動状態にあるモータによって駆動される駆動軸 1 2の回転に伴つ て非駆動状態にあるモータに発生する逆起電圧が、非駆動状態にあるモータのィン バータ等の回路部品の耐電圧を超えないように、トルク制限モードにおける最高回 転数を求めることができる。なお、式中のモータの逆起定数は、例えば、温度と逆 起定数との関係を定めたマップを参照し、処理実行時のモータ温度を当てはめて、 求めることができる。

次に、制御ュニット 1 0は、トルク制限モードにおける最高回転数とトルク制限 値との関係を定めたマップを参照して、前記求めた最高回転数に対応するトルク制

限値 Tm a xを求める(ステップ S 24) 。

次に、制御ュニット 1 0は、駆動状態にあるモータの目標動力 M、及び、該モー タに対応する燃料電池の電力目標値 Eの設定を行う(ステップ S 26) 。各目標値 は、例えば以下のようにして設定することが考えられる。

電力目標値;

E = P t r + PRa+PRb + P La + P L b ;

モータ目標動力;

M= P t r ;

次に、制御ュニッ卜 1 0は、モータ及び燃料電池の動作を制御するためのパラメ ータとして、駆動状態にあるモータの回転数 N、該モータに対応する燃料電池の出 力可能電力の上限値 Em a Xを検出する(ステップ S 28) 。なお、モータ回転数 Nがステップ S 24で求めた最高回転数を上回っている場合には、モータ目標動力 を負に設定してモータの回生によリ回転数を落とすように制御することが考えら れる。

次に、制御ュニッ卜 1 0は、次式の演算によリ、モータ目標動力 Mに上限ガード をかける(ステップ S30) 。なお、次式中の M I Nは、 2つの値の最小値を選択 することを意味する演算子である。

モータ目標動力 M = M I N (モータ目標動力 M、出力可能電力の上限値 Em a x) ; これによリ、燃料電池から供給可能な電力の範囲でモータは駆動されることにな る。

次に、制御ュニッ卜 10は、モータ目標動力 Mをモータ回転数 Nで除することで、 モータの目標トルク Tを設定する(ステップ S 32) 。

次に、制御ュニッ卜 10は、次式の演算により、トルク制限値 Tm a xに基づき 目標トルク Tに上限ガードをかける(ステップ S 34) 。

目標トルク T=M I N (目標トルク丁、トルク制限値 Tm a x) ;

これによリ、駆動状態にあるモータによって駆動される駆動軸 1 2の回転に伴つ て非駆動状態にあるモータに発生する逆起電圧が、非駆動状態にあるモータのイン バータ等の回路部品の耐電圧を超えないように、目標トルク τが設定されることに なる。

次に、制御ユニット 1 0は、目標トルク T及び電力目標値 Eを指令値として、モ —タ及び電源の制御を行う(ステップ S 36) 。

一方、制御ュニット 1 0は、モータ 25、 3 5の双方共に正常であると判断した 場合(ステップ S 1 4 :双方正常)、例えば前記ステータスフラグを参照し、モー タ 25、 35のいずれかについてトルク制限モードが設定されている否かを判断す る (ステップ S 38) 。そして、いずれについてもトルク制限モードが設定されて いないと判断した場合は、通常時の制御に移行すベく、ステップ S 40に進む一方、 いずれかについてトルク制限モードが設定されていると判断した場合は、ステップ S 50に進む。

ステップ S 40において、制御ュニット 1 0は、モータ 25、 35の目標動力 M

R、 M L、燃料電池 22、 32の電カ目標値巳、 E Lの設定を行う(ステップ S

40) 。各目標値は、例えば以下のようにして設定することが考えられる。

電力目標値;

E R= P t r /2 + P R a + P R b ;

E L = P t r /2 + P L a + P L b ;

モータ目標動力;

MR= P t r /Z ;

M L = P t r 2 ;

次に、制御ュニット 1 0は、モータ 25、 35及び燃料電池 22、 32の動作を 制御するためのパラメータとして、各モータの回転数 N R、 N L、各燃料電池の出 力可能電力の上限値 E Rm a x、 E Lm a xを検出する(ステップ S 42) 。

次に、制御ュニット 1 0は、次式の演算により、モータ目標動力 MR、 M Lの上 限ガードをかける(ステップ S 44) 。

MR = M I N (MR, E Rm a x) ;

M L = M I N (M L, E Lma x) ;

次に、制御ユニット 1 0は、目標動力 M R、 M Lをそれぞれモータ回転数 N R、 N Lで除することで、各モータの目標トルク T R、 T Lを設定する(ステップ S 4 6 ) 。

次に、制御ユニット 1 0は、目標トルク T R、 T L及び電力目標値 E R、 E L を指令値として、電源及びモータの制御を行う(ステップ S 4 8 ) 。

一方、ステップ S 3 8において、モータ 2 5、 3 6のいずれかについてトルク制 限モードが設定されていると判断した場合、制御ュニット 1 0は、車両が停止状態 にあるか否かを判断する(ステップ S 5 0 ) 。例えば、アクセル開度が所定値以下 であり、かつ、ブレーキ押下が検出されており、かつ、車速が所定値以下である、 という状態が、一定時間以上経過した場合に、車両が停止していると判断すること が考えられる。

制御ュニット 1 0は、車両が停止状態にないと判断した場合、駆動状態にあるモ ータに対するトルク制限を継続し、非駆動状態にあるモータへの電力遮断を継続し たまま、ステップ S 2 2に進む。

一方、車両が停止状態にあると判断した場合、制御ュニット 1 0は、トルク制限 モードが設定されているモータについて、例えば前記ステータスフラグに「トルク 制限 O F F」を設定し、トルク制限モードを解除する(ステップ S 5 2 ) 。

トルク制限状態で走行している場合、アクセルを踏んでも通常走行時のように速 度が上がらないため、ドライバーがアクセルを 1 0 0 %近く踏み込んでいる可能性 がある。そのため、このような状態でトルク制限を解除してしまうと、車両が突然 加速し、ドライバーに飛び出し感を与えてしまうおそれがある。そこで本実施例で は、上記のように車両停止状態であることを条件にトルク制限を解除するように構 成し、トルク制限解除時の飛び出し感を防止している。

次に、制御ュニット 1 0は、非駆動状態にあるモータについて、電力供給路を電 気的に接続して駆動状態にする(ステップ S 5 4 ) 。そして、通常時の制御に移行 すべく、ステップ S 4 0に進む。

以上の構成によれば、 2つのモータによって同一軸を駆動する電動車両において、 一方のモータが非駆動状態にあり、他方の駆動状態にあるモータによって走行を継 続する場合に、駆動状態にあるモータに対して非駆動状態のモータの逆起電力に基 づきトルク制限を実行する構成としているため、駆動状態にあるモータによって駆 動される駆動軸 1 2の回転に伴って非駆動状態にあるモータに発生する逆起電圧 が、非駆動状態にあるモータのインバータ等の回路部品の耐電圧を超えないように 制御することができ、インバータ等の回路部品を適切に保護することができる。 また、いずれかのモータについてトルク制限モードを設定している場合、車両が 停止していると判断したことを条件にトルク制限モードを解除する構成としてい るため、トルク制限を解除したことに起因して車両が突然加速してしまうような事 態を防止することができる。

(第 2実施例)

図 4、図 5は、第 2実施例における運転制御処理のフローチャートである。 第 2実施例は、トルク制限を解除する場合に、トルク制限値が段階的に上昇する ように制御する構成となっている点で、第 1実施例とは異なつている。

ステップ S 1 0〜4 8までは、第 1実施例と同様である。

ただし、制御ュニッ卜 1 0は、ステップ S 2 0〜ステップ S 3 6の間において(図 3では、ステップ S 3 6の後に)、経過時間 Tに 0をセットするとともに、タイマ 一開始フラグに 1をセットする(ステップ S 1 0 0 ) 。

一方、制御ュニッ卜 1 0は、ステップ S 3 8においてモータ 2 5、 3 6のいずれ かについてトルク制限モードが設定されていると判断した場合、非駆動状態にある モータについて、電力供給を電気的に接続して駆動状態にする(ステップ 1 0 2 )。

次に、制御ュニット 1 0は、タイマー開始フラグが 1である場合は(S 1 0 4 : Y e s ) ,該タイマー開始フラグに 0をセッ卜するとともに、内部タイマーなどに 基づいて経過時間 tの計測を開始する(ステップ S 1 0 6 ) 。

次に、制御ュニッ卜 1 0は、経過時間 tが所定時間 t Xを越えたかどうかを判断 し(ステップ S 1 0 8 ) 、経過していない場合には、ステップ S 1 1 6に進む。

—方、所定時間 t Xを超えている場合は、制御ュニット 1 0は、例えば T m a x = Tma x + 0?の式により、トルク制限値 T ma xを更新し(ステップ S 1 1 0)、 タイマー開始フラグに 1をセッ卜する(ステップ S 1 1 2) 。なお、は、所定の 定数(例えば、正常モータのトルク上限値 T u ρの 5%に相当する定数)とするこ とができる。

次に、制御ュニット 1 0は、トルク制限値 T ma xがトルク上限値 T u pを超え ているかどうかを判断し(ステップ S 1 1 4) 、超えていないと判断した場合、ス テツプ S 1 1 6に進む。

ステップ S 1 1 6において、制御ュニット 1 0は、モータ 25、 35の目標動力

MR、 ML、燃料電池 22、 32の電カ目標値巳1¾、 ELの設定を行う(ステップ S 1 1 6) 。各目標値は、例えば以下のようにして設定することが考えられる。 電力目標値;

ER=P t r/2 + PRa + PRb ;

EL=P t rZ2+P L a+P L b ;

モータ目標動力;

MR= P t r /2 ;

M L = P t r Z2 ;

次に、制御ュニット 1 0は、モータ 25、 35及び燃料電池 22、 32の動作を 制御するためのパラメータとして、各モータの回転数 NR、 N L、各燃料電池の出 力可能電力の上限値 ERma x、 ELma xを検出する(ステップ S 1 1 8) 。 次に、制御ュニット 1 0は、次式の演算により、モータ目標動力 MR、 MLの上 限ガードをかける(ステップ S 1 20) 。

M = M I N (MR, E Rma x) ;

ML = M I N (ML, E Lma x) ;

次に、制御ユニット 1 0は、目標動力 MR、 MLをそれぞれモータ回転数 N R、 N Lで除することで、各モータの目標トルク TR、 T Lを設定する(ステップ S 1 22) 。

次に、制御ユニット 1 0は、次式の演算により、トルク制限値 Tma Xに基づき 目標トルク TR、 T Lに上限ガードをかける(ステップ S 1 24) 。

目標トルク TR = M I N (目標トルク TR、トルク制限値 Tma x/2) ; 目標トルク T L = M I N (目標トルク T L、トルク制限値 Tma xZ2) ; これにより、モータ 25、 35によって生成されるトルクは、トルク制限値 Tm a Xの範囲に抑制されてることになる。

次に、制御ユニット 1 0は、目標トルク TR、 Tし及び電力目標値 ER、 E L を指令値として、電源及びモータの制御を行う(ステップ S 1 26) 。

一方、ステップ S 1 1 4において、超えていると判断した場合は、トルク制限モ 一ドが設定されているモータについて、例えば前記ステータスフラグに「トルク制 限 OF F」を設定して、トルク制限モードを解除し(ステップ S 1 28) 、通常時 の制御に移行すべく、ステップ S 40に進む。

以上の構成によれば、第 1実施例と同様に、駆動状態にあるモータによって駆動 される駆動軸 1 2の回転に伴って非駆動状態にあるモータに発生する逆起電圧が、 非駆動状態にあるモータのインバータ等の回路部品の耐電圧を超えないように制 御することができ、ィン/く一タ等の回路部品を適切に保護することができる。 また、いずれかのモータに対して実行しているトルク制限を解除する場合、トル ク制限値 Tma Xが所定時間 t Xごとに段階的に上昇するように制御して解除し ているため、トルク制限を解除したことに起因して車両が突然加速してしまうよう な事態を防止することができる。また、ドライバ一がアクセルを踏み込んでおり、 トルク制限値までトルクが上がった状態で走行している場合、ドライバーに対して トルク制限が段階的に解除されいていくのを知覚させることによって、トルク制限 解除に対する注意を効果的に喚起することが可能となる。

(変形例)

本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々に変形して適用することが可 能である。例えば、制御ュニット 1 0による処理はソフ卜ウェアで実現する他、ハ 一ドウエア的に実現するものとしてもよい。

また例えば、上記実施形態では、モータの正常性に基づいてモータの駆動 Z非駆 動を切り替える構成としているが、かかる構成に代えて又は加えて、動力源の他の ュニット(例えば、燃料電池など)の正常性に基づいてモータの駆動 Z非駆動を切 リ替える構成としてもよい。

また例えば、上記第 2実施例では、いずれかのモータに対して実行しているトル ク制限を解除する場合、トルク制限値が段階的に上昇するように制御して解除する 構成としているが、かかる構成に代えて又は加えて、トルク制御系の 1次遅れ定数 を段階的に変化させて徐々に応答性を上げていくことで、車両が突然加速してしま うような事態を防止する構成とすることも考えられる。

また例えば、上記実施形態では、複数のモータが同一軸を駆動する構成としてい るが、各モータが異なる駆動軸をそれぞれ駆動する構成(例えば、モータ 1が前輪 を駆動し、モータ 2が後輪を駆動する構成)とすることもできる。

(産業上の利用可能性)

本発明によれば、 2つ以上の電動機によって同一軸を駆動する電動車両において、 一方の電動機を非駆動状態にして走行を継続する場合にインバータ等の回路部品 を適切に保護することができる。